中低纬山地气象
Mid - lowLatitudeMountain Meteorology
Vol. 42 No. 1 Feb,2018
文章编号=2096 -5389(2018)01 -0001 -06
福建省近地层臭氧时空分布与超标天气成因
王
宏
1,蒋冬升2,谢祖欣1,郑秋萍1,杨玉香3
(1.福建省气象科学研究所，福建福州350001 ;2.福建省环境监测中心站，福建福州350008;
3.福建省平潭综合实验区环境监测站，福建平潭350400)
摘要
：该文利用2015—2016年福建省9个设区城市和平潭综合实验区环境监测臭氧小时浓度观测资料，采用统计学
方法，归纳臭氧的时空分布规律，开展臭氧超标的天气学成因分析。结果表明，福建省沿海地区的臭氧年平均浓度高于内陆 地区，沿海地区又以宁德一厦门一线为高值中心，其中平潭综合实验区（位于福建中部沿海的海岛）臭氧浓度全省最高，年平 均浓度约为其他城市的1.5 ~2.5倍。不同城市臭氧季节分布呈现出一定的差异性，有的是春季最高，有的是秋季最高，但一 般都是冬季最低;沿海和内陆地区9一 10月是臭氧平均浓度最高的月份，其次是4一5月，低值在12—1月；各市臭氧日分布规 律较一致呈现“单峰型”，午后是臭氧浓度高值区，夜晨处于低值区。以福州市为例，对2013年1月一2017年7月臭氧超标个 例进行天气成因分析，臭氧超标主要有光化学反应型、本地积累型、水平输送型、垂直输送型等4种，对比分析不同类型下臭氧 超标的气象要素、大气扩散条件、颗粒物浓度、高发月份和主导天气形势等特征，并列举臭氧超标的典型个例，为高浓度臭氧 的预报预警和天气成因分析提供技术支持。
关键词=臭氧;时空分布;天气成因;福建省
中图分类号:X16文献标识码:A
The Spatial and Temporal Distribution and Synoptic Causes of
Surface Layer Ozone in Fujian Province
WANG Hong1，JIA.NG Dongslieng2，XIE Zuxin1，ZHENG Qiuping1，YANG Yuxiang3
(1. Fujian Meteorological Science Institute，Fuzhou 350001，China; 2. Fujian Environmental Monitoring Center， Fuzhou 350008，China； 3. Pingtan Environmental Monitoring Station，Pingtan 350400，China)
Abstract；The spatial and temporal distribution and synoptic cause of surface layer ozone ( 03
districts and Pingtan comprehensive experimental area of Fujian province were investigated by using 03 hcentration data witii statistical metiiods. The analysis results show that 03 concentration (p( 03)) in coastal area was higher than inland area of Fujian. The maximal value in coastal area distributed from Ningde to Xiamen. Annual p (03) in Pingtan was the highest concentration in Fujian，which was 1.5 to 2.5 times of otiiers cities..( 03) seasonal distrilDution presented discrepancies in diferent cities，Some was peaked in spring while some wasAll were lowest in winter. The monthly concentration of 0' in September and October was the highest，next was ipril and in May，and December and January was the lowest. The diurnal variation in p( 03) was one peak during aday，which reached peak value in the afternoon and was at tiie lowest stage before d(O') pOlution were analyzed from January 2013 to July 2017 in Fuzhou，which could fall into followingphotochemical reaction，local accumulation，horizontal transport and vertical transport. Typical 03pO1utions were e- numerated，and analyzed its meteorological factor，atmosjDheric difusion conditions，particle concentration，high occurrence month and synoptic situation was compared in diference pOlution. It provided tlayer O' prediction and synoptic course analysis.
Key words:ozone;spatial and temporal distribution;synoptic cause;Fujian Province
收稿日期=2017 -08 -24
第一作者简介:王宏（1976—），女，副高，主要从事空气质量预报技术研究工作，E(U1405235):海峡西岸城市群灰霾的生成、消散与防控机制。
-
mail:whl575@163.c〇m。
资助项目：国家自然科学基金(41461164007):气溶胶物理化学对台湾海峡及周边地区雾霾天气之影响；国家自然科学基金
2018年2月
地气象
Mid - low Latitude Mountain Meteorolo^
超标的天气成因复杂 强
高度重
超标； 标[9]; 也
度区域污染
臭氧超标，
时，有时也会
、强温、
， 气流
中低
42卷第1期
1引言
近年来，人们对近地层臭氧污染 城市
学烟雾污染
强空气人侵，出
臭氧臭氧超浓度超标的。
福建，夏季
天气的同时也会
视，因为已认识到臭氧是一种重要的大气污染物，
的成分之一，是一强
氧化剂，高浓度臭氧污染会对人体健康、农 长、生态环境、城市建设等造成极大危害[14]。末到 气
，强烈的太阳辐射和较高的气温有利于大学
加剧，地面臭氧
迅速上升，看
轻度污染，因为臭氧
臭氧超标 最多，平均浓度最高的季
，而9一10月又是
节，臭氧超标的天数最多的
一年中臭氧平均浓度最高的月份[10]。 文利用近年全省的臭氧浓度观测资料，归纳其时空分布规 律，成因， 的
气象
、大气
、
浓度、高
月份、
天气 臭氧超标的 和天气成因分析
分析臭氧超标的天气个例，为高浓度臭氧
。
似干净透明的空气也可能
浓度超标了，此现象也称为晴空污染。
近地层臭氧生成的原因很复杂，不仅植物、 农、人为排放、工业排放、汽车尾气排放的臭氧
前体物氮氧 NOx、可挥 vop和C0浓度有关，还沿海地区活性J族元素含量高有 关，更重要的 谦等[5]分析
气象
密切关系[3-4]。唐贵
背气光
[$]2001年，从3月25—31，结合分析地面及高度的
表明，这是流层顶深
流移
向臭氧次一 臭氧次高压控制、
线向是
(
I
2资料分析与处理
臭氧浓度资料为2015—2016年（其中福州为
北京地区处于低压气旋前部和高
2013年1月一2017年7月）福建省9个设区城市和 平潭综合实验区环境监测点臭氧小时
(0')，位！g • m-3)连续观测资料， (00—23时)值，并计8h
HJ633 -2012《环境空气
压前部分别是造成臭氧浓度高值和低值的 景场，并强调关注天气型结构和 学污染
重
。 测 加
的臭氧
一次明显的臭氧 空气象 一次 人对流层的 空气 的天气
造成的辐合 [7]在1996年8月1
浓度（P
为平均
规
平均值，臭氧超标值
（AQI)
定(试行)》，小时p(〇3) >160 !g • m_3为超二级水 平，>200 !g • m-3为超 (0') >100 !g • m-3为超
平;8 h滑动平均p 平，8h
平均 p
和高空位
的平流层空气由上向下穿
，此平流层对流层交和
(〇3) >160 !g • m-3为超三级水平，且一天中只要有 一个时次超标，则代表该天臭氧浓度超标。
气象 规观测资料为温度、 、 、度、 向、 速 小时观测资料。 天气
08时或20时东亚地面天气图以及850 hPa、500 hPa高空图分若干
[11]。
流、极
密切 的 系。
宁地区对流层异
臭氧次 象， 了高空低压
的 天气 ， 明 的气 向 、海间的高空低压槽内，中度 认对流层顶 的 浓度超标 天气 强度等气象因 SSW， 的 业务实 温、强太阳辐射
Tab. 1
和平流层向
高压后部和
，受到温度、
度、
3时空分布特征
计
平均值（〇〇 — 23时）得到各市臭氧最
8 h 值 到的臭氧年平均值
制。 [8]研究表明杭州市臭氧
3.1空间分布年平均值以
，白天的
向是NNW。
表1)，分析 前者更有空间分布的代表性，即
高值区部地区，空
沿海地区的臭氧浓度较内陆地区高， 分散，分布在中部沿海、北部以 分布上 表 。
，高浓度臭氧的 仅仅与高
的 学 关， 臭氧
表1 2015—2016年9个设区城市和平潭综合实验区臭氧年平均值对比表Annual p( 03 ) of in 9 districts and Pingtan comprehensive experimental area of Fujian during 2015 to 2016
内陆3个地市
设区城市
沿海7个地市
宁德
4974
福州4667
平潭83126
平4470
三明龙岩314656■76
莆田泉
58
82
00—23时平均值的年平均值（！g • m ^ )最8小时值的年平均值（！g • m，
• 2 •
州
5375厦门4764州4266
Vol. 42 No. 1
王宏，等:福建省近地层臭氧时空分布与超标天气成因
图1
福建省0'浓度空间分布图
(颜色由浅到深代表0'浓度由低到髙）Fig. 1 The temporal distribution of p (03 ) in Fujian (color form light to deep represents concentration from low to high)
因此，福建省9个设区城市以及平潭综合实验 区（位于 海峡中部，福建中部沿海海岛）臭氧空
分布
1所示，由
1分析可得，内陆地区臭氧
浓度低于沿海地区，沿海地区又以北部沿海城市宁 德到中部沿海城市福州、平潭、
再到南部沿海
城市泉州、厦门一线为高值中心，其中平潭岛臭氧
年平均浓度全省最高，远高于其他9个设区城市，约 其1.5〜2. 5倍，其次 和泉州两市，
部
地区的
、厦门、 州臭氧浓度又高于 北部
区的南平、三明两市，其中三明市臭氧年平均浓度 全省最低。这一方面与沿海地区经济较为发达，人 口密集，人为排放、工业排放、汽车尾气排放 〔
大，臭氧前体物氮氧
（N0X)，挥
(vop)浓度较高有关，也可能与沿海地区大气氧 剂（活卤族元素）含量高有关。另一方面与天 气
密切关系，
气流、大陆高
压(前部偏北气流 区 ） 关，也
与沿海与内陆地区地
，沿海地区受海陆
.，天海风、
陆
臭氧
路径
：
。
3.2时间分布
城市臭氧 分布
一定的
，
宁德、福州、平潭、南平和
5市臭氧浓度在
达到最高；
、州、厦门和漳州4市臭氧浓
度达到最咼；
明市臭氧浓度的最咼值&
冬
，一般都是臭氧浓度值最低的
季节。
月分布规律
2，由图2分析可得，沿海地区
和内陆地区9 一 10月臭氧平均浓度最高的月份， 其次是4一5月，低值在12—1月。
65 n
■沿海地区 ■内陆地区
5 5 5oE-4bEnofi 埘/g4
54
琺3o
30 - 25 -
20 -J----,----,----,----,----,----,----,----,----,----,----,----,
1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
图2
福建省沿海地区和内陆地区臭氧浓度月分布图 Fig. 2 Montly mean trend of 03 in coastal and
inland area of Fujian
各设区城市臭氧的 规律较一致，日分布
规律
“
”（略），
至清晨（21 —06
时)臭氧浓度 维 一个 稳定的低值区，
小时浓度
，
臭氧夜间N0x滴 用，
学
极弱有关;早（07—09时）太阳A
射加强、温度上升，人为排放 业排放的臭氧前
体物（2〇^0(^、211«^等）增加，经 学反，臭氧浓度10时后迅速上升，14一 15时达到最大 值，18时随
强度的逐渐减弱，臭氧浓度明
&
4天气成因综述
以福州市为例，对2013年1月一2017年7月臭
氧超标个 天气成因分析，描述臭氧超标的基 天气背景、度环流
、大气 、颗粒
浓度、高月份等，归纳
臭氧超标的天
气， 超标的
个例，综述
*4. 1
光化学反应型①
：高温，强辐射， 时长，臭氧
前体 学 效率高，中前后地面臭氧浓度
明显上升， 14一 15时达到峰值，形成高浓度臭氧;如遇 高强盛的
气流，上层大气臭氧
向
地面臭氧叠加，形成 臭氧峰值，易臭氧浓度超标。
臭氧浓度分布有明显的
规律，10时前后
迅速上升，14一 15时达到峰值，
又迅速 ，夜
• 3 •
中低纬山地气象
2018年2月
Mid - low Latitude Mountain Meteorolo^
42卷第1期
晨臭氧浓度低，午后高。
② 换明显。
③
散）；大气热力条件和动力条件较好，高低空湍流交
级以良为主，甚至出现轻度污染及以上等级。
④ 高发月份*10—翌年1月，秋季和冬季。⑤ 主导天气形势:冷高压脊。
⑥ 典型个例*2014年10月15—17日；2014年
大气扩散条件:一级（非常有利于污染物扩
10 月 27 。颗粒物浓度:较低，空气质量等级以优为主;
4.3.2小尺度城郊输送型①基本特征：因海陆 空气干热、能见度好。
④ 高发月份*4一 10月，春末、夏季和初秋。风、城郊风形成的小尺度输送，几十或上百公里，在 本省范围内，主要有从城市到郊区、内陆到沿海、海 主导天气形势:大陆高压后部、副热带高压、
⑤ 副热带高压边缘。
⑥
典型个例*2015年4月16日；2017年2 —4日；2017年4月28日一5月1日；2017年5月 26—28 日。4.2本地积累型
① 基本特征:臭氧前体物经过强烈的光化学反 应，2—3 h后出现臭氧浓度升高，加之天气静稳，水 平风小、垂直交换能力差（特别是夏季有弱下沉气 流，阻碍了臭氧随热空气上升，扩散到高空）、相对 湿度增大、长时间无雨等原因，导致近地层臭氧积 累效应明显。臭氧浓度分布有明显的日变化规律，
高， 低。
②
大气扩散条件:二级到三级（扩散条件一般，对污染物扩散无明显影响）；天气静稳，夜晨有轻 雾，午后有弱下沉气流，污染物垂直扩散能力、水平 输送能力较差，容易聚集在近地层。
③
颗粒物浓度:较高，空气质量等级以良为主，至出现轻度污染及以上等级;春季超标时常出现空气 浑浊，能见度低，多伴有霾天气;夏季因为太阳辐射、 水汽蒸发后湿度较小，能见度高，无明显霾天气。
④ 高发月份*4—8月，春季和夏季。
⑤
主导天气形势:锋前暖区、地面倒槽、副热带
高压及其边缘。
⑥ 典型个例*2015年6月13—14日；2014年月2—4日；2014年8月25日；2015年4月5日（清 明节人为排放）；2015年5月13日；2017年7月 24—26 日。4.3水平输送型4.3. 1
大中尺度区域输送型①基本特征:大陆气
团冷高压前部的偏北气流携带上游污染物（颗粒 物、臭氧等）远距离输送（区域输送指大尺度省际间 输送，几百、上千公里），导致本地臭氧浓度迅速升 高，发生时间不一定，有时在夜间，臭氧突然超标， 并维持几个小时，直到输送减弱或停止。
② 大气扩散条件:一级到二级（非常有利到较
有利于污染物的扩散）；水平风速大。
③ 颗粒物浓度：与臭氧同步升高，空气质量等 • 4 •
洋到沿海城市群等3种路径;一般白天臭氧在温度 月较高的城市生成， 而后随着上升气流到达一定高
度，傍晚到夜里随着海陆风或城郊风输送到温度较 低的地方下沉，导致郊区或海岛臭氧浓度上升，或 午后到夜里没有明显下降的过程，这种现象常开始
于傍晚，夜间出现峰值，清晨有所下降，与臭氧浓度 分布的日变化规律不符，峰值常出现在夜间。②
大气扩散条件:一级到二级（大气扩散条件
非常好或较好）。
③ 颗粒物浓度：不一定与臭氧同步升高，颗粒
随臭氧的 路径 。④ 高发月份:不定期。主要受海陆风，城郊风
影响， 大尺度背景风场较弱，海陆风，城郊风较典型
的时候。
⑤ 主导天气形势:均压场。
⑥ 典型个例:平潭综合实验区（福建中部沿海
的海岛）春夏季节白天臭氧浓度已较高，且常观测 到傍晚到 臭氧高污染的 象， 臭氧浓度比白天更高，导致其臭氧年平均浓度全省最高。
2017年上半年臭氧8 h浓度（90%位）高达152 !g• m-3,出现13 d臭氧超标。
4.4垂直输送型4. 4.1台风外围下沉气流影响型①基本特征：中 层高浓度臭氧残留通过向下的挟卷作用随湍流交 8 换下沉到近地面，空气压缩、增温，导致原本因高 温、强辐射生成的地面高浓度臭氧，水平风小，下沉 气流又使得臭氧无法上升，近地面臭氧浓度升高后 就积累在地面，大气层结稳定，加之中高层臭氧随
气流 加， 容 成臭氧超标 象。 臭氧浓 度变化符合常规的日变化规律。
② 大气扩散条件:二级（大气扩散条件较好到
一般)。
③ 颗粒物浓度：相对较低，空气质量等级以优 为
。④ 高发月份*6—8月，春末和夏季。
⑤
主导天气形势:台风（热带辐合带）外围干热
的下沉气流影响，
未出现大风、大雨等剧烈天气现象。4甚
Vol. 42 No. 1
王宏,等:福建省近地层臭氧时空分布与超标天气成因
⑥典型个例*2014年6月14日（1406号台风）； 2014年8月2—4日（1411号台风）；2014年8月7 日（1412号台风）；2017年7月11—14日（1703号\"〇
4.4.2冷锋过境下沉气流输送型①基本特征:髙 层臭氧随着强冷空气 一般 烈的天气 气流、强流 规律不符。
② 扩散和清除\"。
③ 浓度:很低，空气质量等级优。
④ 髙发月份:3 —4月， 。⑤
天气形势：地面
境，强冷空气
入侵。
⑥ 典型个例:2015年4月30日；2017年4月12日；2017 年 4 月 26—27 。
流层顶
气流向 ，强
到近地层;境，
剧加效应。
超标的天气 造成的，有时 用的，有时
平
的，有的前期为
、 地 共 象。
时并非 学
纯的一种天气成因地 地 ，
共共
：用
用
为学：
臭氧浓度超标
个例分析:2017年4月27—5月1日福建南部 沿海地区
了一次
6 d臭氧小时浓度超200
!g • R _3，臭氧8 h m_3的臭氧污染，
中，由于强风、强速切变，垂
的上层臭氧向
平均最大浓度超160 !g •时长，
范围大。
。4
超标现象常发生在夜间，与臭氧浓度的：化
臭氧升髙第一阶段是4月26 里一27
月26日白天中南部沿海地区处于冷空气前锋的锋 大气扩散条件:一级（非常有利于污染物的
前暖区内，臭氧和PM2.5浓度均达到轻度污染，夜里 暖空气交汇 臭氧浓度居髙 (
3\"，
强 ，PM2.5浓度迅速降低，但
，27—28 强空气
气流加强，天没明 髙位（
的
，264\"，臭氧
强降温，低层及中髙层500 ~300 hPa
全部转为一致的偏北气流， 气晴朗
臭氧浓度髙， 27
超标。
臭氧一直维
5个例分析
以上归纳了臭氧超标的主要天气成因，但臭氧
原因是强冷空气入侵福建，
图3 2017年4月27日08时850 hPa高空图（左）和28日08时500 hPa高空图（右)
Fig. 3 850 hPa weather map on April 27 (left) and 28 (right) 2017
第二阶段是4月28日一5月1日，福建沿海受 陆髙压控制，天气晴朗，气温升髙， 学 效
率髙， 臭氧峰值明显髙于27 ，28—29 以学
为主，
PM2.5浓度值处于较低水平，4
氧浓度较沿海地区低18% ~20%，其中中部沿海地 区臭氧浓度 髙，平潭岛的臭氧浓度全省最髙
是其他城市的1.5 ~2. 5倍。
② ，
城市臭氧 城市
和
分布
一定的
〃
一年中臭氧平均浓度最
月 30 —5 月 1 标，
，
， 学 加 地 的 用了超规律明
仅仅臭氧，部分城市PM2.5小时浓度值也
阶段沿海地区的臭氧分布
浓度逐日上升（见图5)。
髙的 ，冬一年中平均浓度最低的 。沿
海地区和内陆地区9—10月是臭氧平均浓度最高， 其次是4—5月，低值在12—1月；臭氧的日分布规 律各城市基本一'致，中午和下午高，夜晨低。
6小结与讨论
①福建省近地层臭氧分布不均匀，内陆地区臭
• 5 •
中低
2018年2月
地气象
42卷第1期
Mid - low Latitude Mountain Meteorolo^
275250225
200
031 h浓度
175
l150
i 125 100 75 50 25
0
04/26 04/27 04/28 04/29 04/30 05/01
福州市宁德市莆田市…泉州市-•-厦门市-漳州市
图4 2017年4月26日一5月1日福建省沿海6个设区城市03小时浓度变化图Fig. 4 Hourly series of 03 in 6 coastal cities of Fujian on April 26 - May 1 2017
PM2.5 h浓度
110
04/26 04/27
rr.c
04/28 04/29 04/30 05/01
二二二 漳州市
图5 2017年4月26日一5月1日福建省沿海6个设区城市PM2_小时浓度变化图 Fig. 5 Hourly series of PM! & B 6 coastal cities of Fujian on April 26 - May 1 2017
③ 本地 度城郊
、
臭氧超标的天气成因主要有光化学反应型、、水平
\"、
研究进展[J].气象学报，2004,62(5):875 -878.
（大中度区
(
气流
。
部分时
非
）等4种，不
、小气流
[3] 安俊琳，王跃思，孙扬.气象因素对北京臭氧的影响[J].生态环
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向
，周秀骥，
，等.一次对流层 臭氧次峰的观测研究
境
的形成机理和 ④ 臭氧超标的天气
-
纯的一种天气成因造成的， 同的结果。
⑤ 高浓度臭氧的成因 展 超标 “地
复杂，
天气原因共
一开的臭氧
测”、
学
，特别小尺度城郊 个例分析及其 ”
研究。
及其动力输送过程的分析[J]•气象学报，2003,61 (3\":257
角度来看，臭氧超标的可预测性“
高，其余较低。参考文献
[1] 孔琴心，刘广仁，李桂忱.近地面臭氧浓度变化及其对人体健康
的可能影响[J].气候与环境研究，1999，4(1):63 - 65.[2] 王春乙，白月明，郑昌玲，等.〇0和0'浓度
的
• 6 •
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