潘萬藝

（福建省廈門環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 廈門 361022）

0 引言

2020年我國藍天保衛(wèi)戰(zhàn)勝利收官，環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善，細顆粒物（PM2.5）濃度持續(xù)降低，但是臭氧（O3）濃度卻逐年升高，并呈現(xiàn)出污染程度加重、影響范圍擴大的態(tài)勢，已經(jīng)成為影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵問題。有研究表明，不利的氣象條件、較高的O3背景濃度、氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機物（VOCs）等前體物排放量增加以及區(qū)域性傳輸都是造成O3污染的重要原因[1-3]。

大氣臭氧探測激光雷達應(yīng)用差分吸收光譜的方法能夠?qū)崟r在線監(jiān)測臭氧空間立體分布，同時該雷達還能同時實時反演氣溶膠的消光系數(shù)，不僅能夠顯示臭氧和顆粒物的空間分布狀態(tài)，而且能夠準(zhǔn)確說明臭氧和顆粒物的分布強度及隨時間演變規(guī)律，為臭氧的立體實時監(jiān)測、區(qū)域之間的污染傳輸和沉降監(jiān)測等提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

廈門市作為經(jīng)濟發(fā)達的沿海城市，各類工業(yè)源、移動源排放量大且氣象條件復(fù)雜，臭氧污染防治壓力大。該文采用激光雷達觀測技術(shù)對廈門市2022年8月和9月兩次典型的O3污染過程進行研究，分析了兩次O3污染的傳輸來源，為廈門市的臭氧污染防治和預(yù)警預(yù)報工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

廈門市是中國東南部沿海城市，東與泉州晉江市相接，西與漳州長泰縣相連，南與金門列島隔海相望，北與泉州安溪、南安交界。廈門屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫和多雨，年平均氣溫在21℃左右。年平均降雨量在1200 m左右，每年5~8月雨量最多，風(fēng)力一般3~4級，常年主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

廈門市近地面站點空氣質(zhì)量常規(guī)六參數(shù)、氣象數(shù)據(jù)及臭氧激光雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)均來自于廈門市大氣超級監(jiān)測站，該站點位于廈門市思明區(qū)，周邊以居民區(qū)，商住混合區(qū)為主，無明顯污染源，能夠客觀地反映區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況。

后向軌跡模型采取混合單顆粒拉格朗日函數(shù)綜合軌跡模型（又稱HYSPLIT后向軌跡模型），該模型是由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）和澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的，具有處理多種氣象要素輸入場、多種物理過程和不同類型污染物排放源功能的較為完整的輸送、擴散和沉降模式，是一種計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業(yè)模型，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多種污染物在各個地區(qū)的傳輸和擴散的研究中[4-6]。后向軌跡模擬采用的氣象數(shù)據(jù)來自美國國家環(huán)境預(yù)報中心的GDAS數(shù)據(jù)，氣流高度選取100 m、500 m和1000 m，模擬氣團24 h后向軌跡。

2 污染過程分析

2.1 天氣情況分析

廈門市8月和9月的臭氧污染過程分別出現(xiàn)在8月26—28日和9月12—13日，該時段內(nèi)，廈門市主要以多云與晴天天氣為主，風(fēng)力較小，日氣溫變化幅度不大，每日溫差保持在8℃~10℃，最高氣溫在33℃~35℃，氣溫較高，有利于臭氧光化學(xué)反應(yīng)生成[7-10]。該時段內(nèi)臭氧共超標(biāo)3天，分別為8月27日、9月12日和9月13日，環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）分別為149、118和110，首要污染物均為臭氧。

2.2 站點監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.2.1 8月26—28日

從圖1可以看出，8月26—28日，PM2.5和PM10變化情況較為一致，在每日傍晚至夜間時段逐漸升高，與晚高峰污染排放較強及夜間邊界層下壓導(dǎo)致的擴散條件不利有關(guān)，臭氧變化則呈現(xiàn)典型的午后單峰變化規(guī)律，其中在27日16時達到最大值為313μg/m3，超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中規(guī)定的臭氧8小時二級標(biāo)準(zhǔn)（160μg/m3）近一倍，從站點氣象條件來看，臭氧高峰時段主導(dǎo)風(fēng)向為偏南風(fēng)，因此可以推斷午后出現(xiàn)的臭氧峰值應(yīng)可能與水平傳輸有關(guān)。

圖1 2022年8月26—28日空氣站點六參數(shù)/氣象要素時間序列圖

2.2.2 9月12-14日

從圖2可以看出，9月12—14日，PM2.5和PM10變化波動較大，在午后14—16時容易出現(xiàn)高值，可能與該站點附近的揚塵污染源規(guī)律性排放有關(guān)，臭氧變化則呈現(xiàn)典型的午后單峰變化規(guī)律，分別在9月12日11—21時、9月13日11—23時、9月14日12—19時超過臭氧8小時二級標(biāo)準(zhǔn)（160μg/m3），其中13日臭氧夜間持續(xù)保持高值，可能與夜間臭氧殘留有關(guān)，因此初步推斷本輪臭氧污染的主要原因是臭氧跨區(qū)域輸送和夜間積累混合生成。

圖2 2022年9月12—14日空氣站點六參數(shù)/氣象要素時間序列圖

2.3 臭氧污染過程分析

2.3.1 8月26—28日典型臭氧污染過程

圖3為8月26—28日臭氧激光雷達監(jiān)測結(jié)果，圖中上半部分為大氣消光系數(shù)反演結(jié)果，說明了大氣顆粒物污染情況，下半部分為大氣臭氧濃度反演結(jié)果，從圖中可以看出，26日白天12時后，太陽輻射加劇，光化學(xué)反應(yīng)較為強烈，近地面臭氧濃度逐漸升高，但未造成臭氧污染，呈現(xiàn)典型的臭氧日單峰變化規(guī)律。27日12時后，光化學(xué)反應(yīng)劇烈，近地面至低空1 km出現(xiàn)高濃度臭氧污染團，該污染團與近地面光化學(xué)反應(yīng)生成的臭氧混合，造成地面站點臭氧數(shù)據(jù)持續(xù)超標(biāo)，然后一部分臭氧向高空擴散，一部分臭氧殘留至夜間。結(jié)合圖4的100 m、500 m和1000 m高度的氣流后向軌跡分析發(fā)現(xiàn)，該污染團主要來自西南部沿海城市經(jīng)低空海上氣流抬升后傳輸至廈門。28日3時后，監(jiān)測到持續(xù)降雨過程，降雨帶來的降溫及濕清除作用使該日臭氧未超標(biāo)，空氣質(zhì)量為良，這次臭氧污染過程結(jié)束。

圖3 廈門市8月26—28日臭氧激光雷達觀測結(jié)果

圖4 廈門市8月27日16時氣流后向軌跡分析

2.3.2 9月12—14日典型臭氧污染過程

圖5為廈門市9月12—14日臭氧激光雷達觀測結(jié)果，從監(jiān)測結(jié)果可以看出，12日傍晚至夜間時段，低空500 m持續(xù)監(jiān)測到臭氧殘留，濃度在200μg/m3左右。13日白天12時以后，受局地傳輸影響，臭氧污染垂直幅度擴大，一直向上延伸至低空1.5 km，臭氧的夜間殘留和日間高空傳輸共同造成13日臭氧污染超標(biāo)，并同樣出現(xiàn)夜間臭氧殘留。14日凌晨，受到地面NO向上輸送及輻射減弱共同影響，消光系數(shù)升高，臭氧消耗增多，臭氧濃度逐漸降低，但仍維持在較高水平。14日12時后同樣監(jiān)測到臭氧高空傳輸現(xiàn)象，但污染強度較12日、13日弱，未造成當(dāng)日臭氧超標(biāo)。結(jié)合圖6和圖7的500 m和1000 m高度的氣流后向軌跡分析發(fā)現(xiàn)，12日臭氧污染團主要由省內(nèi)北部區(qū)域和浙江省南部區(qū)域自北向南傳輸沉降至廈門；13日臭氧污染團主要來自江西省上饒、鷹潭一帶沿西北方向傳輸沉降至廈門。

圖5 廈門市9月12—14日臭氧激光雷達觀測結(jié)果

圖6 廈門市9月12日14時氣流后向軌跡

圖7 廈門市9月13日14時氣流后向軌跡

3 結(jié)語

結(jié)合天氣形勢、氣象條件、站點監(jiān)測數(shù)據(jù)、激光雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)及氣流后向軌跡等數(shù)據(jù)，對廈門市2022年8月和9月兩次典型的臭氧污染過程進行分析：1） 8月26—28日、9月12—14日共計6天的監(jiān)測時段，空氣質(zhì)量達到輕度污染級別的天數(shù)有3天，首要污染物均為O3，說明監(jiān)測時段內(nèi)，廈門市受到O3污染的影響較明顯。2）臭氧濃度呈現(xiàn)較明顯的午后單峰的日變化 ；臭氧污染主要由前日的夜間殘留及當(dāng)日的本地生成原因造成，同時受污染傳輸?shù)挠绊憽Ｇ以陬w粒物濃度較低時，由于氮氧化物滴定作用相對較輕，易形成持續(xù)性的臭氧濃度高值。3）兩次臭氧污染超標(biāo)過程的輸送來源不同，其中8月27日臭氧污染主要源自西南方向輸送，9月12—14日臭氧污染主要來源于北部及西北方向輸送。