2016—2019年唐山市臭氧污染及其與氣象條件的關(guān)系

張曉東 王冠 王秀玲 崔粉娥 鄭艷萍

（1.唐山市氣象局生態(tài)氣候中心，河北 唐山063000；2.河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊050021；3.秦皇島市氣象局，河北 秦皇島066000）

引言

唐山市是中國(guó)京津冀地區(qū)重要的工業(yè)城市，也是中國(guó)重要的交通節(jié)點(diǎn)城市，所轄區(qū)域內(nèi)污染排放量較大，空氣污染問(wèn)題比較突出。近年來(lái)，許多學(xué)者圍繞對(duì)環(huán)境有重大影響的細(xì)顆粒物（PM2.5）的產(chǎn)生來(lái)源、時(shí)空變化、化學(xué)組成等［1-5］方面展開(kāi)研究，認(rèn)為秋冬季燃煤取暖是京津冀冬季大氣污染的主要來(lái)源，大氣穩(wěn)定度高、弱風(fēng)、較低的邊界層高度是大氣污染維持的重要?dú)庀髼l件［6-10］。隨著國(guó)家大氣環(huán)境綜合整治工作的深入開(kāi)展，二氧化硫（SO2）和PM2.5濃度呈下降趨勢(shì)，而臭氧（O3）成為繼PM2.5污染后人們密切關(guān)注的重要污染物［11-12］。

近地面O3是由機(jī)動(dòng)車(chē)排放的氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等前體物，在紫外線(xiàn)照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的，它對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境有不利影響［13-14］。O3生成過(guò)程比較復(fù)雜［15］，國(guó)內(nèi)對(duì)O3的研究主要圍繞兩個(gè)方面展開(kāi)，一是從研究前體物與O3污染變化規(guī)律著手，探索O3污染敏感性控制因素。研究發(fā)現(xiàn)，O3對(duì)VOCs敏感，VOCs不同組成成分對(duì)O3生成進(jìn)程有影響［16-19］；O3濃度與前體物濃度呈非線(xiàn)性關(guān)系，簡(jiǎn)單地控制某種前體物排放量并不一定使得O3濃度降低，應(yīng)采取區(qū)域前體物協(xié)同控制策略［20-22］。二是從分析不同區(qū)域O3污染與氣象條件的關(guān)系著手，通過(guò)計(jì)算O3濃度與氣象要素間的相關(guān)關(guān)系，探討減小O3濃度的氣象要素閾值。研究表明，北京市O3超標(biāo)日主要集中在5—9月，O3濃度與風(fēng)速、溫度呈正相關(guān)，與氣壓、濕度呈負(fù)相關(guān)［23］；廣東省O3濃度在4月和10月相對(duì)較高，降水對(duì)O3的去除效果隨著降水量級(jí)的增大而增大［24-25］；杭州市、上海市O3濃度升高發(fā)生在副熱帶高壓控制及臺(tái)風(fēng)外圍影響下，由小風(fēng)、下沉氣流與外源輸入共同導(dǎo)致［26-28］；成都市O3濃度在6月最高，8 月最低，O3濃度與濕度相關(guān)系數(shù)為-0.82，與PM2.5無(wú)顯著相關(guān)性，當(dāng)風(fēng)速為2.5—3.0 m·s-1、風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)時(shí)，O3濃度相對(duì)較高［29］。陸倩等［30］研究表明，有利于承德市O3-8h出現(xiàn)高濃度的氣象因子為日平均氣溫大于23℃、日最高氣溫大于28℃、日平均海平面氣壓995—1007 hPa、日平均水汽壓18—28 hPa、相對(duì)濕度小于55%，偏南風(fēng)大于1 m·s-1。因各地在氣候條件、污染來(lái)源及產(chǎn)業(yè)分布上存在較大差異，以上研究成果體現(xiàn)了區(qū)域化特點(diǎn)。對(duì)唐山市而言，以往人們對(duì)唐山市的PM2.5污染關(guān)注較多，對(duì)O3污染的研究相對(duì)較少，開(kāi)展O3污染特征的分析很有必要。本文使用2016—2019年污染物濃度數(shù)據(jù)對(duì)唐山市O3濃度變化特征加以分析，探討了氣象條件對(duì)O3濃度的影響，為O3污染潛勢(shì)預(yù)報(bào)與綜合防治提供參考。

1 資料與方法

1.1 唐山市概況

唐山市位于河北省東部（117°31′—119°19′E，38°55′—40°28′N(xiāo)），轄區(qū)面積為5478.9 km2，屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明。年平均氣溫為11.8℃，1月氣溫最低，7月氣溫最高；年平均相對(duì)濕度為61.4%，3月濕度最小，為49%，8月濕度最大，為78%；年平均降水量為598 mm，降水集中在7—8月。唐山市北部倚靠燕山，東部和南部與渤海相鄰，年平均風(fēng)速較小，僅為1.5—2.5 m·s-1，邊界層內(nèi)常年存在山谷風(fēng)環(huán)流［31］，平原區(qū)有南北擺動(dòng)的地面風(fēng)輻合帶，容易形成污染物的匯集與滯留。當(dāng)存在持續(xù)的逆溫、背風(fēng)坡下沉氣流等不利于擴(kuò)散的大尺度天氣背景時(shí)，由天氣尺度偏南氣流輸入的污染物首先在山前堆積，進(jìn)而使地區(qū)質(zhì)量濃度升高［32］。

1.2 資料來(lái)源及數(shù)據(jù)處理

污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于2016—2019年唐山市生態(tài)環(huán)境局6個(gè)國(guó)家空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)（十二中、物資局、消防缸窯路中隊(duì)、雷達(dá)站、路南電大、小山）的逐時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值。O3污染水平按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）進(jìn)行判定，若某日O3濃度的8 h滑動(dòng)平均最大值（O3-8h）大于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（160μg·m-3），定為超標(biāo)日。氣象要素日、小時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)源于唐山市國(guó)家基本氣象觀測(cè)站。如果氣象要素和O3濃度某日、小時(shí)數(shù)據(jù)缺失，則此時(shí)間下樣本數(shù)據(jù)全部舍棄。O3濃度與各氣象因子相關(guān)性采用SPSS 23.0軟件中的Spearman相關(guān)性分析完成。

2 結(jié)果分析

2.1 O3污染狀況

2016—2019年唐山市O3-8h第90百分位數(shù)的年際變化見(jiàn)圖1。由圖1可知，2016年O3濃度為179.3μg·m-3，超出標(biāo)準(zhǔn)限值12%；2017年增至205.4μg·m-3，超出限值28.4%；2018年、2019年分別為192.8μg·m-3、188μg·m-3，雖逐年回落，但仍呈超標(biāo)狀態(tài)。2016年O3濃度最大值達(dá)到281μg·m-3，2017—2019年分別達(dá)到313μg·m-3、289μg·m-3、298μg·m-3，2019年比2018年濃度最大值有所增大。從O3濃度超標(biāo)日數(shù)來(lái)看，2016年超標(biāo)天數(shù)為53 d，2017—2019年分別為71 d、75 d和73 d，近3 a超標(biāo)天數(shù)均保持在70 d以上。4 a中O3濃度超標(biāo)日數(shù)累計(jì)272 d，占二級(jí)以上空氣質(zhì)量總?cè)諗?shù)（625 d）的43.5%。綜上，唐山市O3污染程度偏重，是大氣污染防控治理的重點(diǎn)對(duì)象。

圖1 2016—2019年唐山市O3-8h第90百分位數(shù)與超標(biāo)天數(shù)的逐年變化Fig.1 Annual variations of O3-8h 90th percentile and the number of days exceeding the standard of O3-8h in Tangshan from 2016 to 2019

2.2 O3季節(jié)（月）變化

2016—2019年唐山市O3月均濃度值呈雙峰型分布（圖2），1—6月O3濃度呈近直線(xiàn)性增長(zhǎng)，6月達(dá)到峰值，平均濃度為112.26μg·m-3，7—8月濃度下降，9月再次升高，濃度達(dá)到次峰值82.91μg·m-3，之后快速減小，11—12月濃度降到最低。2018年6月O3濃度值（122.33μg·m-3）是峰值中最大的，2017年9月濃度值（89.99μg·m-3）是次峰值中最大的。O3月均濃度與各月累計(jì)超標(biāo)天數(shù)分布一致，O3濃度超標(biāo)發(fā)生在3—10月期間，6月超標(biāo)天數(shù)最多，9月、5月次之。2016—2019 年，夏 季 累 計(jì) 超 標(biāo) 天 數(shù) 最 多（153 d），O3污染最重，春季次之（68 d），秋季為51 d。

圖2 2016—2019年唐山市O3平均濃度與累積超標(biāo)天數(shù)的月分布Fig.2 M onthly variations of average O3concentration and the number of cumulative days exceeding the standard in Tangshan from 2016 to 2019

2016—2019年唐山市氣溫等常規(guī)氣象要素的月平均分布見(jiàn)圖3。圖2和圖3表明，氣溫高、氣壓低的夏半年是O3濃度超標(biāo)的發(fā)生時(shí)段，春季（3—5月）具有升溫快、日照充足、降水少、濕度偏小等氣候特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)O3濃度升高，與已知的研究結(jié)論一致［33］。夏季（6—8月）是唐山市降水增多、濕度增大的階段，6月是春、夏季節(jié)過(guò)渡期，具有降水較少、日照強(qiáng)度大、濕度中等、氣壓低等特點(diǎn)，O3濃度達(dá)到峰值；7—8月不僅降水量多而且降水強(qiáng)度大，O3濃度下降。9月降水明顯減少，相對(duì)濕度仍較大，日照時(shí)數(shù)增加，O3濃度又再次升高。在5—8月氣溫先逐月升高，7月達(dá)到最高值后而緩慢下降；日照時(shí)數(shù)在5月最多，之后逐月遞減，7月降至該階段低值，然后上升；O3濃度在6月達(dá)到峰值，然后下降，在8月達(dá)該階段低值，然后回升，日照時(shí)數(shù)、O3濃度、氣溫三者有錯(cuò)峰分布的現(xiàn)象。綜上，唐山市地面O3濃度具有明顯的季節(jié)變化特征，O3濃度與氣象要素間并非簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，與多種要素相互作用有關(guān)，強(qiáng)降水對(duì)O3污染物有較強(qiáng)的清除和抑制作用。

圖3 2016—2019年唐山市氣溫與海平面氣壓（a）、相對(duì)濕度、降水量和日照時(shí)數(shù)（b）的月平均分布Fig.3 M onthly average variations of tem perature and sea level pressure（a），relative hum idity，precipitation and sunshine hours（b）in Tangshan from 2016 to 2019

2.3 O3日變化

2016—2019年唐山市O3小時(shí)平均濃度日變化表明（圖4），白天隨著太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，溫度升高，光化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)，O3濃度逐漸升高，在15：00達(dá)到峰值，為111.28μg·m-3。此后，隨著太陽(yáng)輻射減弱及溫度降低，O3濃度逐漸下降，次日07：00左右達(dá)到最低值，為22.05μg·m-3，這與其他城市的變化規(guī)律一致［23］。NO2作為O3生成的前體物之一，NO2濃度日變化曲線(xiàn)與O3接近反位相變化，白天隨著溫度升高，邊界層湍流垂直混合作用增強(qiáng)，NO2在光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中被消耗，O3生成并累積；夜晚光化學(xué)反應(yīng)及湍流活動(dòng)減弱，地面風(fēng)速減小，機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生的氮氧化物（含NO2）、VOCs等O3前體物在地面附近累積，并繼續(xù)消耗O3。上午08：00左右上班高峰時(shí)間，機(jī)動(dòng)車(chē)排放量大，同時(shí)地面湍流活動(dòng)較弱，此時(shí)NO2濃度達(dá)到最大值（38.16μg·m-3）。

圖4 2016—2019年唐山市O3與NO2小時(shí)平均濃度日變化Fig.4 Daily variation of hourly average concentration of O3and NO2in Tangshan from 2016 to 2019

2.4 O3與氣象因子的相關(guān)性

通過(guò)Spearman相關(guān)性分析本地O3濃度與氣象因子數(shù)量的關(guān)系。2016—2019年唐山市O3濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1，逐時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算表明，O3濃度與溫度、風(fēng)速呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R分別為0.642和0.492；與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，R為-0.402。從季節(jié)看，春季、夏季、秋季O3濃度與溫度的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)均在0.600以上，冬季相關(guān)性較弱，說(shuō)明氣溫升高是導(dǎo)致O3濃度超標(biāo)的重要環(huán)境條件，這與2.2節(jié)所述相一致。冬季O3濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)性最高，R為-0.739，夏季次之。夏季降水多、濕度大，對(duì)O3有清除和抑制作用；冬季空氣相對(duì)濕度大會(huì)使細(xì)顆粒物吸濕增長(zhǎng)，消光系數(shù)增大，能見(jiàn)度降低［9］，光化學(xué)反應(yīng)條件變差，不利于地面O3生成。平均風(fēng)速與O3濃度正相關(guān)，冬季相關(guān)性更高。冬季氣溫低，光照弱，地面O3濃度處于較低水平，偶然性的O3濃度升高需考慮外源的水平輸送作用。

表1 2016—2019年唐山市O3濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient（R）between O3concentration and meteorological factors in Tangshan from 2016 to 2019

2.4.1 溫度

溫度的變化能反映太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化，2016—2019年唐山市不同溫度區(qū)間O3-8h濃度平均值、超標(biāo)率以及溫度與濃度間的秩相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，隨著氣溫升高，O3-8h濃度均值和O3超標(biāo)率明顯上升。日最高氣溫（T）在20—25℃區(qū)間時(shí)，O3-8h開(kāi)始有超標(biāo)現(xiàn)象，25—30℃區(qū)間時(shí)超標(biāo)率增長(zhǎng)了27.1%。日最高氣溫超過(guò)30℃時(shí)，超標(biāo)率在50%以上，O3-8h濃度均值已超標(biāo)，其與溫度的秩相關(guān)系數(shù)也明顯增大。特別當(dāng)日最高氣溫超過(guò)35℃時(shí)，超標(biāo)率高達(dá)93.8%。溫度高可以促進(jìn)VOCs等揮發(fā)性有機(jī)物濃度增加，強(qiáng)太陽(yáng)輻射會(huì)加快光化學(xué)反應(yīng)速率，增加O3濃度超標(biāo)概率。當(dāng)日最高氣溫T≥25℃時(shí)，要考慮O3超標(biāo)問(wèn)題，采取必要的防控措施。

表2 2016—2019年唐山市不同氣溫區(qū)間下的O3-8h均值、秩相關(guān)系數(shù)和超標(biāo)率Table 2 M ean value，rank correlation coefficient and over standard rate of O3-8h under different temperature ranges in Tangshan from 2016 to 2019

2.4.2 相對(duì)濕度

2016—2019年3—10月唐山市不同相對(duì)濕度區(qū)間下O3-8h濃度平均值、超標(biāo)率以及濕度與濃度間的秩相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3。由表3可知，隨著地面濕度增大，O3-8h濃度呈雙峰型變化。當(dāng)相對(duì)濕度（RH）在50%以下時(shí)，O3-8h濃度均值及超標(biāo)率隨濕度增加而升高，RH為50%—60%時(shí)O3-8h濃度均值及超標(biāo)率反而減小，即RH在50%左右出現(xiàn)次峰值。RH為60%—70% 時(shí) O3-8h 濃 度 均 值 達(dá) 到 峰 值，為129.8μg·m-3，超標(biāo)率峰值（37.5%）出現(xiàn)在70%—80%的濕度范圍內(nèi)，這與安俊琳等［34］的相對(duì)濕度在60%左右存在光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度臨界值，O3及其前體物在60%之后隨相對(duì)濕度的增加而減小的研究結(jié)果稍有不同。當(dāng)RH ＞80%時(shí)超標(biāo)率驟減21.9%，RH＞90%時(shí)未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

表3 2016—2019年3—10月唐山市不同相對(duì)濕度下O3-8h濃度均值、秩相關(guān)系數(shù)和超標(biāo)率Table 3 M ean value，rank correlation coefficient and over standard rate of O3-8h under different relative hum idity in Tangshan from March to October from 2016 to 2019

唐山市鄰近渤海，既受到季風(fēng)影響，也受局地海陸小氣候影響，地面濕度與O3濃度的關(guān)系比較復(fù)雜。比如，RH為50%—60%時(shí)，O3-8h濃度超標(biāo)情形主要發(fā)生在5月和6月，占該區(qū)間超標(biāo)天數(shù)的29.5%、36.4%。統(tǒng)計(jì)表明，唐山市6月主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)（風(fēng)頻率60%），偏東風(fēng)攜帶的是干凈而濕潤(rùn)的海洋空氣，能在一定程度上降低O3濃度。又如，RH為70%—80%時(shí)，O3濃度超標(biāo)率達(dá)到峰值，但O3濃度下降，這種情形主要發(fā)生在7月和9月，占該區(qū)間超標(biāo)天數(shù)的33.3%、29.3%，這或許與副熱帶高壓（臺(tái)風(fēng)）系統(tǒng)外圍的暖濕氣流輻合有關(guān)。秩相關(guān)系數(shù)表明，只有當(dāng)RH＞80%時(shí)，地面濕度與O3濃度負(fù)相關(guān)關(guān)系才得以明確顯現(xiàn)，這時(shí)水汽所含的自由基H、OH等迅速將O3分解為氧分子，從而降低O3濃度［23］。另一方面，地面溫度上升后，水汽抬升形成云，能降低太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，不利于光化學(xué)反應(yīng)及O3生成。

2.4.3 風(fēng)速

2016—2019年3—10月唐山市O3濃度與地面日平均風(fēng)速的關(guān)系見(jiàn)表4。由表4可知，隨著平均風(fēng)速（V）的增大，O3-8h濃度均值和超標(biāo)率先升后降，當(dāng)2＜V≤3 m·s-1時(shí)，O3-8h均值和超標(biāo)率達(dá)到最大，分別為129.1μg·m-3、29.6%；當(dāng)V＞3 m·s-1時(shí)，O3-8h均值和超標(biāo)率隨風(fēng)速增加而逐漸減小。2016—2019年3—10月唐山市平均風(fēng)速日變化見(jiàn)圖5，與O3濃度日變化相似（圖4），風(fēng)速最小值一般出現(xiàn)在后半夜到清晨。有研究表明［35］，隨著早晨紫外線(xiàn)輻射逐漸加強(qiáng)，穩(wěn)定邊界層上方與邊界層頂間的殘余層中的O3在夾卷作用下，向下混合到地表，在風(fēng)速較小的狀態(tài)下，地面O3濃度增加；上午到午后光化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)，O3濃度增大，此時(shí)風(fēng)速也增大并在超過(guò)一定限值時(shí)，水平擴(kuò)散作用占主導(dǎo)地位，風(fēng)速增大使地面O3濃度反而降低。對(duì)唐山市而言，日平均風(fēng)速為1＜V≤4 m·s-1時(shí)，O3濃度超標(biāo)可能性較大。

表4 2016—2019年3—10月唐山市不同風(fēng)速下的O3-8h濃度均值和超標(biāo)率Table 4 M ean value and overstandard rate of O3-8h concentration under different wind speeds in Tangshan from M arch to October from 2016 to 2019

圖5 2016—2019年3—10月唐山市平均風(fēng)速日變化Fig.5 Daily variation of average wind speed in Tangshan from M arch to October from 2016 to 2019

2.4.4 混合層高度

混合層高度表征了污染物在垂直方向被熱力湍流、對(duì)流與動(dòng)力湍流輸送所能達(dá)到的高度，混合層高度增大，有利于污染物垂直擴(kuò)散。采用羅氏法［36］計(jì)算2016—2019年3—10月唐山市區(qū)08：00—20：00每隔3 h的平均混合層高度表明（圖6），唐山市區(qū)3—5月平均混合層高度為1500 m以上，5月最高為1852.5 m；6—8 月 平 均 混 合 層 高 度 分 別 為1442.8 m、1035.6 m和992.6 m，依次遞減，8月降至最低；9—10月平均混合層高度又抬升至1000 m以上。這表明唐山市夏季地面O3污染偏重與不利的垂直擴(kuò)散條件有關(guān)。通過(guò)計(jì)算3—10月白天各時(shí)段的混合層高度與地面日平均風(fēng)速的Spearman相關(guān)系數(shù)表明，Spearman相關(guān)系數(shù)＞0.5（均通過(guò)置信度0.01水平的顯著性檢驗(yàn)），即地面風(fēng)速大，混合層高度也較高。08：00風(fēng)速與混合層高度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.716，因此，可用前后兩天08：00風(fēng)速的變化預(yù)估混合層高度的變化趨勢(shì)。

圖6 2016—2019年3—10月唐山市混合層高度與地面風(fēng)速的逐月變化Fig.6 M onthly variation ofm ixed layer height and surface wind speed in Tangshan from M arch to October from 2016 to 2019

由圖5可知，每天風(fēng)速最大值出現(xiàn)在15：00—17：00，與日最高氣溫出現(xiàn)在14：00相比要滯后一些。春季各時(shí)次的風(fēng)速最大，8—9月風(fēng)速最小，6—7月位列其中。前文提到在高濕條件下O3濃度減小而超標(biāo)率升高的現(xiàn)象，或許可以用夏季混合層高度偏低、地面風(fēng)速偏小來(lái)解釋。此外，當(dāng)副熱帶高壓控制本地時(shí)，下沉氣流也會(huì)抑制O3污染物垂直擴(kuò)散，加劇地面O3污染物積累。

2.4.5 天氣形勢(shì)

氣象要素的變化與天氣形勢(shì)密切相關(guān)。對(duì)2016—2019年唐山市O3-8h濃度大于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（215μg·m-3，中度污染）的超標(biāo)個(gè)例進(jìn)行了天氣分析，此時(shí)500 hPa多為高壓脊前西北氣流或高壓脊（含副熱帶高壓）控制，850 hPa暖性高壓脊后或切變前部的西南或偏南氣流經(jīng)過(guò)本地，地面大多處于高壓后部、低壓前部（高后低前）或低壓輻合區(qū)內(nèi)，以晴到多云天氣為主。由2016—2019年唐山市達(dá)到中度污染時(shí)的天氣分型及要素值可知（表5），此時(shí)氣溫均值均在30℃以上，平均風(fēng)速為1 m·s-1和4 m·s-1之間。高后低前型發(fā)生次數(shù)最多，O3-8h濃度均值也最高，達(dá)到258μg·m-3。低壓（槽）型次之，兩者大多發(fā)生在5—6月，占到總次數(shù)的56%，此時(shí)日照時(shí)數(shù)與光照強(qiáng)度最強(qiáng)，濕度較小，有利于O3生成。低壓（槽）型使風(fēng)場(chǎng)輻合加強(qiáng)，高后低前型的SW 風(fēng)將河北中南部高濃度O3向唐山平流輸送，使O3污染加重。副熱帶高壓外圍型發(fā)生在7—9月，污染程度最輕，與濕度偏大有關(guān)。鞍形場(chǎng)內(nèi)O3隨氣流匯合而累積，暖平流一側(cè)升溫快，O3污染重。變性高壓控制下日照充足、風(fēng)速小是O3生成與積累的主導(dǎo)因素。北低南高型時(shí)地面為SW 風(fēng)，北高南低型時(shí)地面為SE風(fēng)，因氣流輻合與平流輸送的疊加而造成O3中度污染。

表5 2016—2019年唐山市O3-8h濃度達(dá)到中度污染以上時(shí)的地面天氣形勢(shì)統(tǒng)計(jì)Table 5 Surface weather situation when O3-8h concentration reaching abovemoderate pollution in Tangshan from 2016 to 2019

3 結(jié)論

（1）2016—2019年唐山市O3濃度日最大8 h平均值超過(guò)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)每年均在50 d以上，近3 a內(nèi)每年達(dá)70 d以上，O3污染程度偏重。O3月平均濃度值呈雙峰型分布，6月O3平均濃度值最大，達(dá)到112.26μg·m-3，9月次之。O3月均濃度值與各月累計(jì)超標(biāo)天數(shù)分布一致，超標(biāo)日分布在3—10月，夏季（6—8月）累計(jì)超標(biāo)天數(shù)最多，污染最重，春季次之。O3濃度日變化呈單峰型分布，15：00左右達(dá)到峰值。

（2）通常情況下，唐山市當(dāng)日最高溫度超過(guò)25℃時(shí)就要考慮O3濃度出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，超過(guò)30℃時(shí)溫度越高，超標(biāo)率越高。相對(duì)濕度對(duì)O3濃度超標(biāo)有一定影響，相對(duì)濕度在50%左右及60%—80%時(shí)，O3濃度超標(biāo)率均大于30%；在60%—70%時(shí)O3-8h濃度值達(dá)到最大；在70%—80%時(shí)超標(biāo)率最大，這與地面小風(fēng)、較低的混合層高度有關(guān)。當(dāng)日均風(fēng)速為1＜V≤4 m·s-1時(shí)，O3濃度超標(biāo)率較高。在有利的天氣形勢(shì)下，風(fēng)場(chǎng)輻合加強(qiáng)及風(fēng)場(chǎng)平流輸送是O3濃度超標(biāo)的原因之一。

（3）O3是光化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，不僅考慮日照時(shí)間長(zhǎng)短，還要考慮日照強(qiáng)度的大小。夏季云量多，造成日照時(shí)數(shù)減少，但日照強(qiáng)度大，同樣會(huì)增加O3濃度超標(biāo)率。唐山位于海洋、平原與山脈的過(guò)渡區(qū)，局地?zé)崃Νh(huán)流造成上午到中午日照較多，對(duì)流性天氣多發(fā)于午后，而且日平均風(fēng)速最大值也出現(xiàn)在15：00—17：00，最終導(dǎo)致O3濃度最大值多出現(xiàn)在15：00。