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目 录

0.引言 6

1.资料与方法 8

1.1 数据来源 8

1.2 方法 8

1.2.1空间插值分析 8

1.2.2臭氧浓度数据的处理与分析 8

1.2.3大气环流背景分析 9

1.2.4相关性分析 9

2.结果与分析 10

2.1高浓度日和低浓度日O₃的时空分布特征 10

2.1.1 O₃浓度的时间变化特征 10

2.1.2 O₃浓度的空间分布特征 12

2.2天气形势分析 14

2.3高浓度日和低浓度日的气象要素对比分析 17

2.4 O₃浓度与气象要素的相关性分析 20

3. 结论与讨论 20

3.1 结论 20

3.2 讨论 21

参考文献： 22

南京市臭氧的时空分布特征及其气象影响因子分析

徐妍艳

，China

Abstract：Based on the hourly data of concentration observed by 9 air quality monitoring stations and the daily meteorological data observed by automatic weather stations in Nanjing, in this paper, the two processes of highest and lowest daily O₃ concentration were selected as the typical examples. MatLab，a programming language, ArcGIS, a geographical information system software and SPSS, a statistic software were used to analyze the temporal changes and spatial distribution of O₃ concentration. The differences in atmospheric circulation background between the two examples occurred were compared, the correlation coefficients between the concentration change of O₃ and the meteorological influencing factors including temperature, relative humidity wind speed and precipitation was discussed. The results showed as follows: (1) In Nanjing ,the highest daily O₃ concentration process took place on June 14th,2015 , during the hourly maximum average concentration was 361μg / m 3, appeared in Zhonghuamen Station at 16:00; the lowest daily O₃ concentration process took place on January 5th,2015 , during the hourly maximum average concentration was 33.6μg / m ³, appeared in Xuanwuhu Station at 00:00；(2)The southwest airflow in the front of trough on 500hPa isobaric surface, the southwest airflow in the front of trough on 700hPa isobaric surface, the straight westerly flow on 850hPa isobaric surface and the weak high pressure field on the ground were advantageous to the accumulation of O₃ pollutants. But the northwest airflow in the back of trough on 500hPa isobaric surface, the northwest airflow in the back of trough on 700hPa isobaric surface, the northwest airflow on 850hPa isobaric surface and the saddle pressure field on the ground were beneficial to the dissipation of O₃ pollutants. (3) In Nanjing, a significant positive correlation existed between O₃ concentration and the temperature, the correlation coefficient was 0.646 (P lt;0.01), there were the significant negative correlation between O₃ concentration and the relative humidity, wind speed with the correlation coefficients of -0.251 (P lt;0.01) and -0.123 (P lt;0.05) respectively. But the correlation between O₃ concentration and precipitation was not significant.

Key Words: Nanjing; haze; O₃ concentration; background of atmospheric circulation; meteorological factor

0.引言

灰霾又称大气棕色云、大气灰霾，在中国气象局的《地面气象观测规范》中，灰霾被这样定义：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色”^[1] 。灰霾的主要形成原因：一是水平方向静风现象的增多。现在的城市中高楼林立，这就大大增加了地面摩擦系数，使气流经城区时强度明显减弱。水平静风现象的增多，不利于大气污染物的扩散稀释，这就导致了城区内很容易产生高浓度的污染。二是垂直方向的逆温现象。在城市上空出现高层气温比低层气温更高的现象，这是因为逆温阻塞了低空的气流向上的垂直扩散的运动。在正常的气候条件下，污染物是随着气流从气温高的低空向气温低的高空抬升并扩散的，之后逐渐在高空大气中被稀释。但是由于逆温层的存在，低空的气温反而比高空更低，大气层结更为稳定，这些因素都不利于垂直运动的发展，那么污染物便不能及时得到释放而产生重污染事件。三是低层大气中悬浮颗粒物的增加。近年来，我国工业化进程的不断加快，交通运输事业的不断发展，机动车数量不断增多，导致了污染物的增多，灰霾天数也大大增加，使得整个城市看起来常常灰蒙蒙一片。霾不仅会造成大气能见度降低,使空气质量变差^[2],还能对人类健康造成不良影响，比如可能会诱发呼吸道疾病和心脑血管疾病等.霾天气范围的扩大和长时间的持续还会影响气候, 使农作物产量降低 ^[3-4] . 国外学者对霾的组成及其气候特征研究较早 ^[5]，其中，Kerr R A（1995）^[6]探讨了由污染物质造成的霾的气候致冷机制；Malm W C（1992）^[7]对美国本土大陆霾天气的时空演变做了定量分析，并且在此基础上，他还对霾物质产生的来源进行了追踪和模拟的研究。此外，国外一些学者还对区域性霾现象对气候产生的影响进行了较为系统、深入的研究^[8]。而国内一些学者对霾物质的组成、霾生成的天气形势、气候特征等研究也较多^[9-10]。

伴随我国高速和多元化的经济发展，灰霾天气也呈现出多发频发的趋势。毛凤琴^[11]的研究表明，进入21世纪以来我国的灰霾天数呈爆发式的增长，尤其以京津冀地区^[12]、长江三角洲^[13]、珠江三角洲^[14]和四川盆地^[15]等人口密度大、工业化水平高的地区最为显著。对位于东部区域的中心城市南京及其周边地区来说，大气污染防治形势更为严峻^［16］。南京作为长江中下游地区的中心城市，汽车尾气的大量排放，建筑扬尘的增多，工业废气排放的显著增加，这些因素都导致了南京成为我国四个严重的灰霾区之一^［17］。灰霾的形成、发展和消散与气象条件有着密不可分的联系^［18］，朱佳雷^［19］等通过研究发现高空形势稳定、暖平流、地面高压场的分布均为重污染天气的发生、发展提供了有利的气象条件；地面表现为静小风、高温和低湿环境则非常不利于污染物的扩散。在城市中，一方面污染物的排放在一段时间内其实是稳定的，所以是否形成污染天气主要取决于污染物的扩散程度；另一方面在污染物的排放相对稳定的情况下，由于天气形势及环流背景的不同可能使污染物的浓度发生较大的变化。在水平方向上，大气污染物主要依靠平均风的作用来完成稀释及其输送。一般来说,风速越大，污染物的扩散越明显,但有时风速过大的情况下,烟羽的抬升高度会随之降低，这反而会使污染物的地面浓度升高,因此风速对污染物浓度变化的影响是复杂的^［20］。

臭氧是大气中的一种微量气体,它对地球上的气候变化、生态环境、生物圈的存在发展都起着至关重要的作用。在平流层中，臭氧浓度最大，它对地表生物圈有保护作用。但在对流层中，臭氧浓度若超过一定的临界值，便会形成大气污染。臭氧在医学、农业、餐饮业等方面都有广泛的应用。但一旦空气中含有的臭氧浓度超过一定临界值，它就会对人体产生一定的危害。臭氧可以与绝大部分的生物组织发生化学反应，会对人体的呼吸道产生破坏，眼中的情况下还会对肺功能造成危害。同样，臭氧还会刺激人的眼睛，使人的视力降低；它还会破坏人体皮肤中的维生素E，使皮肤出现褶皱或者黑斑的情况。最后，过量的臭氧会对人体的神经中枢系统造成危害，入侵人的免疫系统，使人的思维变得迟缓，更会增加孕妇生出畸形儿的机率^[21]。机动车排放的尾气中含有大量CO、NO_X及其一些碳氢化合物，而这些物质在光照作用下会发生化学反应而产生臭氧，所以机动车尾气排放的增加将直接导致臭氧污染的频发。在春夏季日照条件很充足，大气中的氮氧化物和一些挥发性物质在经过强烈的太阳光照射，发生一系列化学反应便会形成大量臭氧，所以较严重臭氧污染大都发生在春夏两季。^[22]。臭氧虽然不能直接导致灰霾天气的发生，但确是造成灰霾的“间接”元凶，更有专家学者指出臭氧往往比灰霾更加可怕。我国也为此采取了一些措施，PM_2.5和8小时的臭氧浓度首次被首次纳入常规空气质量评价标准中^[23]。

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