周士茹 宋金妹 陸倩 郭鴻鳴 趙玉廣 高艷春

(1.承德市氣象局，河北 承德067000；2.秦皇島市氣象局，河北 秦皇島066000；3.河北省環(huán)境氣象中心，河北 石家莊050021)

引言

近年來隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)地區(qū)以O(shè)3(臭氧)為首要污染物的光化學(xué)污染呈逐漸加重的趨勢(shì)，近地層高濃度的O3主要是NOx(氮氧化物)和VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)在太陽照射下生成的[1－2]，平流層的臭氧通過大氣活動(dòng)也向?qū)α鲗虞斔鸵徊糠諳3，但是近地層光化學(xué)過程產(chǎn)生的O3是平流層O3輸送通量的7—15倍[3]。近地層高濃度的O3會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一系列不利影響[4]，還會(huì)刺激葉片使農(nóng)作物減產(chǎn)和抑制森林樹木的生長(zhǎng)[5]。如今O3污染受到政府和人們的廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各地近地層O3污染的特征以及來源開展了廣泛的研究。趙樂等[6]分析了石家莊夏季典型時(shí)段臭氧污染特征并對(duì)O3的來源進(jìn)行了解析，發(fā)現(xiàn)OVOCs(含氧揮發(fā)性有機(jī)物)對(duì)O3生成潛勢(shì)的貢獻(xiàn)最大。潘本鋒等[7]發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)O3質(zhì)量濃度較高的月份集中在5—9月，12月至次年1月濃度最低，控制O3前體物的源排放是控制O3污染的有效途徑。

局地氣象條件對(duì)于O3的生成有重要的影響，因各地經(jīng)濟(jì)水平和氣象地理環(huán)境不同，各地O3污染的氣象條件表現(xiàn)出不同的特征[8－10]。中國(guó)珠三角地區(qū)O3超標(biāo)日的氣象因子特征表現(xiàn)為晴天少雨、輻射增強(qiáng)、邊界層高度增加、相對(duì)濕度降低、風(fēng)速變小和氣溫升高[11－14]。中國(guó)長(zhǎng)三角的O3污染常出現(xiàn)在太陽輻射強(qiáng)、溫度高的氣象條件下，臺(tái)風(fēng)登陸能夠加重O3的污染[15－18]。北京地區(qū)造成O3濃度高值的主要背景場(chǎng)是處于低壓前部，O3濃度與氣壓、濕度、能見度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速、溫度呈正相關(guān)關(guān)系[19－20]。承德市出現(xiàn)O3超標(biāo)的氣象條件為輻射強(qiáng)、氣溫高、無降水，濕度小和受偏南風(fēng)或西南風(fēng)影響[21－23]。張冬倩等[24]分析了秦皇島市臭氧污染特征，并沒有給出有利于O3污染的氣象條件，也沒有探討海陸差異造成的海陸風(fēng)循環(huán)對(duì)秦皇島市O3污染的影響。秦皇島市位于河北省東北部，瀕臨渤海，是重要的旅游城市之一。本文利用2017年9月至2019年9月的污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，探討秦皇島市有利于出現(xiàn)O3污染的氣象因子指標(biāo)，以及海風(fēng)對(duì)秦皇島市O3污染的影響，為預(yù)防和治理以O(shè)3為首要污染物的大氣污染提供參考。

1 資料與方法

圖1 秦皇島市區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站、氣象站和海上浮標(biāo)站分布Fig.1 Spatial distribution map of the environmental monitoring station，the weather station and the buoy station in Qinhuangdao

使用的污染物濃度觀測(cè)資料來源于秦皇島市環(huán)境監(jiān)測(cè)站的共享數(shù)據(jù)，秦皇島市建成區(qū)內(nèi)有國(guó)控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)6個(gè)(圖1)，分別位于北戴河環(huán)保局、北戴河區(qū)委老干部局、第一關(guān)、市監(jiān)測(cè)站、文明里和建設(shè)大廈，覆蓋了秦皇島市區(qū)不同類型的下墊面，具有較好的代表性。自動(dòng)監(jiān)測(cè)站內(nèi)各監(jiān)測(cè)儀器均按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T193—2005)[25]進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)保養(yǎng)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—2012)[26]關(guān)于污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定，保證1 h平均濃度至少有45 min的采樣時(shí)間，每天至少有20 h平均濃度值。資料內(nèi)容包括O3-8h(日最大8 h滑動(dòng)平均)濃度、O31h濃度、NO2濃度、CO濃度、PM2.5濃度和PM10濃度。使用的污染物資料時(shí)段為2017年9月至2019年9月，時(shí)長(zhǎng)為2 a。根據(jù)中國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ 633—2012)[26]分級(jí)方法限值分級(jí):空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良(O3-8h濃度≤160μg·m－3)、輕度污染(160μg·m－3＜O3-8h濃度≤215μg·m－3)、中度污染(215μg·m－3＜O3-8h濃度≤265μg·m－3)和重度污染以上(O3-8h濃度＞265μg·m－3)。

同期氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來源于秦皇島市國(guó)家基本氣象站，數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括氣溫、降水、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、太陽輻射資料。海上氣象觀測(cè)資料來源于渤海灣近海的兩個(gè)浮標(biāo)站，站號(hào)為秦皇島32號(hào)和秦皇島33號(hào)，使用的資料為氣溫。風(fēng)向分析中，以秦皇島國(guó)家基本氣象站16個(gè)方位風(fēng)向風(fēng)頻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 O3污染特征

2017年9月1日至2019年8月31日，秦皇島市O3-8h濃度資料有效觀測(cè)日數(shù)682 d，平均O3-8h濃度為96μg·m－3，最高O3-8h濃度出現(xiàn)在2018年6月1日為291μg·m－3。觀測(cè)時(shí)段O3濃度超標(biāo)天數(shù)81 d，占總?cè)諗?shù)11.9%，其中中度污染及以上15 d，重度污染2 d，O3污染狀況與京津冀其他城市相比較輕[7]。

2.1.1 月變化

2017年9月至2018年秦皇島市O3-8h月均濃度見圖2。由圖2可知，秦皇島市1—6月O3-8h月平均濃度逐漸升高，6月達(dá)到最高153μg·m－3，7月和8月濃度有所降低，9月濃度繼續(xù)升高至143μg·m－3，10月以后O3-8h濃度顯著下降。從逐月O3超標(biāo)日數(shù)可以看出1—2月和10—12月這5個(gè)月無O3超標(biāo)日，3—6月O3超標(biāo)日數(shù)顯著上升，6月O3超標(biāo)日數(shù)達(dá)到11 d，7—8月超標(biāo)日數(shù)降為5 d，9月又升高到12 d。秦皇島市O3污染以5—6月和9月最為嚴(yán)重，這主要是因?yàn)橄陌肽晏栞椛鋸?qiáng)，氣溫高，同時(shí)7—8月秦皇島市降雨較多，氣象條件的變化對(duì)O3污染有重要的影響[20]。

圖2 2017年9月至2019年8月秦皇島市O3-8h月均濃度與O3月超標(biāo)日數(shù)Fig.2 The monthly mean O3-8h concentration and the monthly number of days when O3 concentration exceeded the standard in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

2.1.2 日變化

2017年9月至2019年8月秦皇島市O3濃度的日變化呈現(xiàn)明顯的單峰型分布(圖3)。由圖3可知，春季和夏季最高濃度出現(xiàn)在午后15:00—17:00，最低濃度出現(xiàn)在清晨05:00—07:00，秋季最高濃度出現(xiàn)在14:00—16:00，最低濃度出現(xiàn)在06:00—08:00，而冬季最高濃度出現(xiàn)在14:00—15:00，夜間22:00到次日08:00則濃度均較低。各季節(jié)之間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，日最高濃度由高到低依次為夏季、春季、秋季和冬季，夏季日最高濃度僅比春季高9μg·m－3，秋季日最高濃度明顯下降，較夏季低40μg·m－3，冬季日最高濃度則比夏季低73μg·m－3。日最低濃度春季和夏季相差較小，秋季和冬季相差較小，春夏季節(jié)比秋冬季節(jié)高23μg·m－3左右。這主要與太陽輻射的季節(jié)變化和日變化有關(guān)，同時(shí)O3前體物的濃度對(duì)O3濃度的日分布也有重要的影響[14]。

圖3 2017年9月至2019年8月秦皇島市O3-1 h濃度的日變化Fig.3 The daily variations of O3-1h concentration in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

2.2 氣象因子對(duì)O3濃度的影響

氣象因素對(duì)O3濃度的影響已有較多研究，不同地區(qū)的氣候地理?xiàng)l件不同，各地O3污染的氣象條件有一定差異[8－10]。為了研究秦皇島市氣象條件對(duì)O3污染的影響，本文分別從太陽輻射、最高氣溫、降水和相對(duì)濕度以及風(fēng)場(chǎng)的角度進(jìn)行討論，探討有利于秦皇島市出現(xiàn)O3污染天氣的氣象條件。

2.2.1 太陽總輻射強(qiáng)度

2017年9月至2019年8月秦皇島市不同太陽總輻射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率見圖4a。由圖4a可知，當(dāng)太陽總輻射強(qiáng)度小于950 W·m－2時(shí)，O3-8h濃度隨太陽總輻射強(qiáng)度的升高而階段性升高，O3超標(biāo)率也隨太陽總輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)而上升，較高的O3-8h平均濃度主要集中在太陽總輻射強(qiáng)度較強(qiáng)的條件下，當(dāng)太陽總輻射強(qiáng)度850—950 W·m－2時(shí)，O3-8h的平均濃度最高，高達(dá)141—144μg·m－3，此時(shí)的O3超標(biāo)日數(shù)也最多，O3超標(biāo)率高達(dá)30%；當(dāng)太陽總輻射強(qiáng)度大于950 W·m－2以上，O3-8h平均濃度略微下降，降為132—133μg·m－3，超標(biāo)日數(shù)明顯減少，太陽總輻射強(qiáng)度為950—1000 W·m－2時(shí)，O3超標(biāo)率降為26%，太陽總輻射強(qiáng)度大于1000 W·m－2時(shí)，O3的超標(biāo)率降為14%。這主要是因?yàn)樘柨傒椛鋸?qiáng)度越強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)越活躍，導(dǎo)致O3-8h的平均濃度越高，但是同時(shí)太陽總輻射強(qiáng)度高于950 W·m－2主要出現(xiàn)在5—8月，較高的太陽總輻射強(qiáng)度有利于形成大氣的熱力不穩(wěn)定，多對(duì)流性雷陣雨天氣，因而O3-8h的平均濃度和O3超標(biāo)率開始下降。由圖4b中2017年9月至2019年8月秦皇島市太陽總輻射強(qiáng)度的月分布可知，太陽總輻射強(qiáng)度較強(qiáng)的時(shí)段主要集中在春末和夏季，全年5—6月太陽總輻射強(qiáng)度最高可達(dá) 844—858 W·m－2，4月和7—9月太陽總輻射強(qiáng)度也高達(dá)717—771 W·m－2，此時(shí)正為秦皇島市O3污染最為嚴(yán)重的時(shí)候，可見太陽總輻射強(qiáng)度是影響O3污染的重要?dú)庀笠蜃印?/p>

圖4 2017年9月至2019年8月秦皇島市太陽總輻射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率(a)及太陽總輻射強(qiáng)度月均分布(b)Fig.4 O3 over-standard rate and O3-8h average concentration corresponding to total solar radiation irradiance(a)and the variation of monthly average total solar radiation(b)in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

2.2.2 最高氣溫

氣溫對(duì)O3濃度的變化具有顯著的影響，圖5為2017年9月至2019年8月秦皇島市日最高氣溫對(duì)應(yīng)的O3-8h濃度和O3超標(biāo)率。由圖5可知，當(dāng)日最高氣溫小于22℃時(shí)，O3-8h平均濃度低于107μg·m－3，O3超標(biāo)率低于3.4%，隨著日最高氣溫的升高，O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率階段性升高，當(dāng)日最高氣溫22—32℃時(shí)，O3-8h的平均濃度維持在127—146μg·m－3，O3超標(biāo)率穩(wěn)定在20%—29.6%，當(dāng)日最高氣溫大于32℃時(shí)，O3-8h平均濃度迅速升高至190μg·m－3，日最高氣溫32—34℃對(duì)應(yīng)的O3超標(biāo)率為54.6%，當(dāng)日最高氣溫高于34℃時(shí)，O3的超標(biāo)率高達(dá)83.3%。進(jìn)一步計(jì)算日最高氣溫和O3-8h濃度的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)性高達(dá)0.69，通過了α＝0.01置信水平的顯著性檢驗(yàn)?？梢?，日最高氣溫大于32℃是秦皇島市出現(xiàn)O3污染天氣的重要?dú)庀髼l件，溫度越高，近地層的O3濃度越高。

圖5 2017年9月至2019年8月秦皇島市日最高氣溫對(duì)應(yīng)的O 3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率Fig.5 O3 over-standard rate and O3-8h average concentration corresponding to the daily maximum temperature in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

2.2.3 降水和相對(duì)濕度

由于2017年9月至2019年8月秦皇島市O3-8h濃度較高的情況主要發(fā)生在夏半年，而此時(shí)又是降雨量較多的時(shí)段，因此選取2017年9月至2019年8月期間4—9月的資料來探討降水對(duì)O3濃度的影響，其中無降水日數(shù)233 d，O3-8h平均濃度139μg·m－3，O3的超標(biāo)率達(dá)28.8%，降水日數(shù)94 d，O3-8h平均濃度114μg·m－3，O3的超標(biāo)率為12.8%?？梢园l(fā)現(xiàn)降水日O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率均明顯低于無降水日，這主要是由于降雨對(duì)O3及其他污染物具有濕清除作用，同時(shí)降水日云量較多，對(duì)太陽輻射造成影響。圖6a為不同降雨量對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率，可以發(fā)現(xiàn)隨著降雨量的增大，O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率均明顯下降，但是當(dāng)出現(xiàn)中雨以上量級(jí)的降水時(shí)，仍有9.8%的概率出現(xiàn)O3超標(biāo)天氣。

圖6b為不同相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率，由圖6b可知，相對(duì)濕度低于20%時(shí)，O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率隨著相對(duì)濕度的增加而降低，相對(duì)濕度20%—60%時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增加O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率均持續(xù)上升，到相對(duì)濕度50%—60%時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)O3-8h平均濃度為132μg·m－3，O3超標(biāo)高達(dá)31.8%，當(dāng)相對(duì)濕度大于60%以后，O3-8h平均濃度開始下降，O3超標(biāo)率則顯著下降，相對(duì)濕度大于80%以后，O3超標(biāo)率降為0。這主要是因?yàn)橄鄬?duì)濕度的季節(jié)分布和水汽對(duì)O3光化學(xué)反應(yīng)共同作用造成的，一方面相對(duì)濕度的季節(jié)分布表現(xiàn)為冬季低而夏季高的總特征，冬季太陽輻射弱氣溫低，盡管相對(duì)濕度較低，但仍然不利于O3生成，由冬季到夏季相對(duì)濕度逐漸上升的同時(shí)，太陽輻射強(qiáng)度和氣溫也逐漸上升，有利于O3的生成；另一方面水汽對(duì)O3光化學(xué)反應(yīng)的作用主要有三個(gè)，一是水汽產(chǎn)生的消光機(jī)制可削弱太陽輻射，二是高的相對(duì)濕度有利于O3的干沉降作用，三是水汽中的OH和HO2自由基可將大氣中的O3分解為O2[27]。綜合以上兩種作用的影響，秦皇島市最小相對(duì)濕度50%—60%，最有利于于出現(xiàn)O3污染天氣。

圖6 2017年9月至2019年8月期間4—9月秦皇島市降水量級(jí)對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率(a)及日最小相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)的O3-8h平均濃度和O3超標(biāo)率(b)Fig.6 O3 over-standard rates and O3-8h average concentration corresponding to April-September precipitation level(a)and minimum relative humidity(b)in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

2.2.4 風(fēng)向風(fēng)速

風(fēng)場(chǎng)對(duì)污染物的區(qū)域間輸送具有重要的影響，氣流來源的不同是影響O3-8h濃度的因素之一，而風(fēng)速的大小則能反映污染物的輸送效率或者清除效率[20]。2017年9月至2019年8月秦皇島市的平均風(fēng)速分布見圖7，由圖7a可知，平均風(fēng)速為1.5—2.0 m·s－1，東東北(NNE)—東(E)風(fēng)向范圍內(nèi)的風(fēng)速較大，平均風(fēng)速可達(dá)1.8—2.2 m·s－1，東東南(ESE)—南(S)風(fēng)風(fēng)向范圍內(nèi)的風(fēng)速較小，平均風(fēng)速為1.22—1.37 m·s－1。圖7b為秦皇島市風(fēng)向頻率分布，西西北(WNW)和南西南(SSW)風(fēng)出現(xiàn)的頻率最高，風(fēng)頻可達(dá)16%—17%，東東北(ENE)—南(S)風(fēng)、西南風(fēng)(SW)和西北風(fēng)(NW)的風(fēng)向頻率為5%—10%，其他風(fēng)向頻率則出現(xiàn)較低。圖7c為不同風(fēng)向?qū)?yīng)的O3-8h平均濃度，可以發(fā)現(xiàn)東南(SE)—西南(SW)風(fēng)風(fēng)向范圍內(nèi)O3-8h的平均濃度高于100μg·m－3，其中南西南(SSW)和西南(SW)風(fēng)控制下的O3-8h平均濃度超過120μg·m－3，SW控制下的O3-8h濃度最高達(dá)139μg·m－3。從不同風(fēng)向?qū)?yīng)的O3超標(biāo)率(圖7d)也可以看到，南西南(SSW)和西南(SW)風(fēng)控制下的O3超標(biāo)率遠(yuǎn)高于其他風(fēng)向，分別為29.2%和34.8%?？梢娪欣谇鼗蕧u市出現(xiàn)O3污染天氣的控制風(fēng)向?yàn)镾W風(fēng)和SSW風(fēng)，這主要是因?yàn)榍鼗蕧u東部和東北環(huán)渤海，海上污染較輕，而北部為承德市，污染源也較少，西南和南西南方向?yàn)樘粕郊安苠闉I海新區(qū)，工業(yè)較發(fā)達(dá)，O3及其前體物排放較多，在SW風(fēng)和SSW風(fēng)的作用下有利于污染物向秦皇島市區(qū)輸送。同時(shí)，SW風(fēng)和SSW風(fēng)影響下有暖平流向秦皇島地區(qū)輸送，導(dǎo)致溫度相對(duì)較高，也是有利于O3生成的原因之一。

2.3 海陸差異對(duì)O3污染的影響

2.3.1 海風(fēng)

圖7 2017年9月至2019年8月秦皇島市平均風(fēng)速(a)、風(fēng)向頻率(b)、風(fēng)向?qū)?yīng)的O3-8h平均濃度(c)和風(fēng)向?qū)?yīng)的O3超標(biāo)率(d)變化Fig.7 O3-8h average concentrations corresponding to the average wind speed(a)，the wind direction frequency(b)，wind direction(c)and O3 over-standard rate(d)corresponding to wind direction in Qinhuangdao from September of 2017 to August of 2019

因O3高濃度的時(shí)段主要出現(xiàn)在午后，海風(fēng)對(duì)沿海城市O3濃度的影響更大，研究表明弱的背景風(fēng)場(chǎng)利于海風(fēng)環(huán)流的形成[28]。本研究根據(jù)秦皇島地區(qū)地形、海岸線輪廓等自然地理特征，結(jié)合海陸風(fēng)的判別標(biāo)準(zhǔn)，給出了秦皇島地區(qū)海風(fēng)的判別依據(jù)，當(dāng)?shù)孛鎴D上37°—43°N，117°—123°E范圍內(nèi)有小于等于一條等壓線通過秦皇島地區(qū)，同時(shí)白天風(fēng)向范圍在70°—210°，且白天秦皇島站的溫度大于海上浮標(biāo)站的氣溫時(shí)，定義為海風(fēng)日。由圖8可知，2019年4—9月秦皇島市海風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)最多的月份為夏季，6—8月海風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)達(dá)到16 d，出現(xiàn)頻率達(dá)50%以上，4—5月海風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)為6—7 d，而9月海風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)為11 d。夏季背景風(fēng)場(chǎng)較弱，海陸熱力差異明顯，更有利于海風(fēng)的形成。

圖8 2019年4—9月秦皇島市海風(fēng)日數(shù)和出現(xiàn)頻率Fig.8 The number of days and frequency of sea breeze in Qinhuangdao from April to September in 2019

圖9 2019年4—9月秦皇島市海風(fēng)開始、結(jié)束和最大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間(a)、海風(fēng)風(fēng)速(b)日變化Fig.9 The daily variations of the beginning and end time of the sea breeze and the appearance time of the maximum wind(a)and the daily sea breeze speed(b)in Qinhuangdao during April to September in 2019

2019年4—9月秦皇島市海風(fēng)月變化見圖9，由圖9a可知，海風(fēng)一般在上午開始出現(xiàn)，下午開始的海風(fēng)頻率僅為5.6%，清晨08—09時(shí)海風(fēng)開始出現(xiàn)的頻率最高，這主要是因?yàn)槿粘龊箨懙亻_始升溫，由于海陸熱力性質(zhì)的差異，陸地升溫的速度快于海洋，陸地與海洋表面的溫差逐漸擴(kuò)大，海陸氣壓梯度隨之增大，沿海地區(qū)形成海風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)，并逐漸深入內(nèi)陸。海風(fēng)的最大出現(xiàn)時(shí)間集中在中午前后，以12—13時(shí)出現(xiàn)的頻率最高，其次為14—15時(shí)，主要由于正午前后海陸溫差達(dá)到最大，海陸之間的氣壓梯度達(dá)到最大。海風(fēng)的結(jié)束時(shí)間則主要集中在下午時(shí)段，上午結(jié)束的海風(fēng)頻率僅為2.8%，海風(fēng)結(jié)束時(shí)間出現(xiàn)頻率最高為16時(shí)，其次為19時(shí)，主要由于下午太陽輻射降低以后，陸地降溫的速度同樣快于海洋，海陸之間的溫差減小為0以后指向反方向，海風(fēng)結(jié)束。圖9b為有海風(fēng)和無海風(fēng)時(shí)海風(fēng)風(fēng)速的日變化，由圖9b可知，有海風(fēng)日的平均風(fēng)速在白天和夜間均低于無海風(fēng)日，且風(fēng)速均在午后風(fēng)速達(dá)到最大。

2.3.2 海風(fēng)對(duì)O3濃度的影響

圖10 2019年4—9月秦皇島市有海風(fēng)和無海風(fēng)O3-8h濃度的月變化Fig.10 Monthly variations of O3-8h concentration with and without sea breeze in Qinhuangdao from April to September in 2019

2019年4—9月秦皇島市有海風(fēng)和無海風(fēng)日逐月的O3-8h平均濃度見圖10，由圖10可知，5月、6月、8月、9月有海風(fēng)日O3-8h平均濃度均高于無海風(fēng)日，且5月、6月和9月有海風(fēng)日的月平均濃度高達(dá)155—166μg·m－3。這主要由于海風(fēng)通常從日出后開始登陸，攜帶的冷濕氣流與陸地上相對(duì)干熱的空氣相遇，在沿海的陸地上空形成熱力內(nèi)邊界層，使海陸風(fēng)輻合線附近的近地面產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象[29]。由于逆溫的存在，此時(shí)的大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)減弱，靜穩(wěn)形勢(shì)下不利于污染物的擴(kuò)散；同時(shí)，前日夜間城市的污染物通過陸風(fēng)輸送至海上，次日在海風(fēng)發(fā)生后，污染物再由海風(fēng)帶回陸地，加劇了污染的循環(huán)累積[30]。這使得在有海風(fēng)時(shí)，O3濃度自海風(fēng)登陸后，O3濃度峰值比無海風(fēng)日有所提高。此外一般海陸風(fēng)是在沒有大規(guī)模天氣系統(tǒng)過境的條件下形成，大氣本身處于相對(duì)靜穩(wěn)的狀態(tài)，由上一節(jié)可知，海陸風(fēng)發(fā)生時(shí)風(fēng)速較無海風(fēng)時(shí)小(圖9b)，這種條件下更有利于O3等污染物的累積，造成O3濃度的增加。

3 結(jié)論

(1)2017年9月至2019年9月秦皇島市O3污染月變化特征表現(xiàn)為以5—6月和9月最為嚴(yán)重，10—12月和1—2月則無O3超標(biāo)天氣出現(xiàn)。O3污染的日變化特征表現(xiàn)為單峰型分布，午后O3濃度最高而清晨O3濃度最低，且日最高O3濃度夏季＞春季＞秋季＞冬季，而日最低O3濃度春夏季節(jié)高于秋冬季節(jié)。

(2)有利于秦皇島市出現(xiàn)O3污染的氣象條件為太陽輻射強(qiáng)度850—950 W·m－2、日最高氣溫高于32℃、無降水和相對(duì)濕度50%—60%、受SW和SSW風(fēng)影響。降水對(duì)O3污染物有清除作用，降水量級(jí)越大則O3-8h平均濃度越低。

(3)本文探討了2017年9月至2019年9月海風(fēng)對(duì)秦皇島市O3污染的影響，秦皇島市的海風(fēng)以6—8月最多，出現(xiàn)頻率達(dá)50%以上，海風(fēng)多在上午08—10時(shí)開始出現(xiàn)，午后12—15時(shí)達(dá)到最大，傍晚以后減弱至結(jié)束；5—6月和8—9月有海風(fēng)日的O3-8h平均濃度均高于無海風(fēng)日，且5月、6月和9月有海風(fēng)日的O3-8h月平均濃度高達(dá)155—166μg·m－3，海陸風(fēng)環(huán)流對(duì)秦皇島市的O3污染有加重的影響。