拉萨O3和PM2.5的季节变化规律和气象因素影响

论文总字数：15414字

目 录

摘要 2

Abstract 3

1.引言 5

2. 资料与方法 6

2.1资料 5

2.2方法 7

3.拉萨市2017年5月- 2018年4月PM2.5和臭氧污染特征分析 8

3.1 PM2.5污染物浓度总体分布特征 8

3.2 臭氧污染物浓度总体分布特征 9

4.气象因素对拉萨市PM2.5和臭氧浓度的影响 11

4.1 气温对PM2.5和臭氧的影响 11

4.2 降水对PM2.5和臭氧的影响 13

4.3 风速对PM2.5和臭氧的影响 16

5. 小结 18

参考文献 20

致谢 21

拉萨O3和PM2.5的季节变化规律和气象因素影响

德青曲尼

，China

Abstract: This article analyzes the seasonal variations and weather factors of O₃ and PM_2.5 in Lhasa from May 2017 to April 2018 by correlation coefficient analysis and other methods using the daily air quality information of Lhasa City provided by China Air Quality Online Monitoring and Analysis Platform and the daily weather data provided by Weather Underground website. The results show: the lowest values of concentration of PM_2.5 in Lhasa occur in summer and the highest values occur in winter. In the spring and autumn, the PM_2.5 concentration changes most during the season transition period. The concentration of O₃ pollutants maintained at a low level from July to December in 2017. The concentration of O₃ pollutants in Lhasa was the lowest in the end of winter and the O₃ concentration increased significantly in spring and reached the maximum in late spring. Thereafter, the O₃ concentration in early summer was significant, then cut back. The analysis of the meteorological factors affecting the changes of O₃ and PM_2.5 in Lhasa City revealed that the concentration of PM_2.5 and air temperature are in the opposite direction, and the ozone concentration from May to November in 2017 has an inverse relationship with the temperature change, and showing the same change relationship in the latter stage. The analysis of the meteorological factors affecting the changes of O₃ and in Lhasa City revealed that the concentration of PM_2.5 and air temperature are in the PM_2.5 opposite direction, and the ozone concentration in May-November 2017 has an inverse relationship with the temperature change, and showing the same change relationship in the latter stage. From the point of view of precipitation, it was found that the concentration of PM_2.5 was inversely related to precipitation, and the relationship between O₃ concentration and precipitation fluctuates greatly with the seasons. From the perspective of wind speed, it was found that the concentration of PM_2.5 in the period of May-December in 2017 was in the same direction with the wind speed, the latter stage showed a reverse change relationship, and the wind speed and ozone concentration had obvious changes in the overall trend.

Key words:O₃ , PM_2.5, Wind speed, Precipitation, Air temperature

1.引言

人类活动（包括生产活动和生活活动）及自然界都不断地向大气排放各种各样的物质，而这些物质能在大气中以一定的寿命（停留时间）存在。当大气中某些物质的浓度超过了正常水平，而对人类、生态、材料或其他环境要素(如大气性质、水体性质、气候等)产生不良效应时，就构成了大气污染。随着现代工业的发展和技术的进步，人类赖以生存的大气环境质量却不断恶化。当前大气污染由二氧化硫和粗颗粒物为主的煤烟型污染向以细颗粒物和臭氧为主的复合污染型转变，雾霾污染对城市居民的健康构成了潜在的威胁。对流层臭氧（O₃），尤其是近地层臭氧，是城市光化学烟雾的主要成分之一，人类活动排放的NOx、NHMC和CO等污染物经光化学反应过程可引起低层大气二次污染物O₃的产生，并可进一步促发城市严重光化学烟雾污染事件。除对环境的直接影响，其引起的温室效应也更加令人琢磨不透，给气候变化研究带来更大不确定性。PM_2.5 指的是大气中直径小于或等于2.5 微米的细颗粒物，一方面造成雾霾天气，另一方面引起严重的健康问题，包括心血管疾病、呼吸道疾病率、肺病以及儿童的哮喘发病率的增加。以细颗粒物和臭氧为主的复合型污染对人类健康和自然生态系统的直接威胁或间接影响日益严重，对O₃和PM_2.5的形成和路径建立科学、深入的认识是十分有必要的。

青藏高原地处我国西南地区，是地球的“第三极”，具有海拔高、紫外线强、生态环境脆弱等特点，其气候环境的变化可能会引起一系列全球性气候环境问题。随着工业和城市化进程的加快，我国的环境污染问题也进入到复合型污染时代，青藏高原地区的环境问题也日益凸显，尤其是O₃和PM_2.5污染问题，以拉萨作为青藏高原典型城市代表，显现出与内陆城市不同的特征，已经成为影响高原地区环境空气质量的主要因子之一。我国对O₃和PM_2.5的研究起步较晚，且主要停留在对经济发达地区的研究，青藏高原地区O₃和PM_2.5变化和影响因子的研究相对较少。所以，本研究从O₃和PM_2.5的气候影响角度出发，分析拉萨O₃和PM_2.5的季节变化规律和气象因素的影响，具有较大的现实意义和科学意义。

O₃在全球和区域大气环境变化中扮演着重要角色，它不仅对地一气辐射收支系统产生重要影响，而且作为城市污染大气中的首要污染物，有着显著的环境效应，而大气细颗粒物PM_2.5对人体健康能见度以及气候变化均具有重要影响，O₃和PM_2.5的变化规律和影响因素是大气环境科学的一个重要前沿课题。前人对此的研究多为区域性的，在O₃的季节变化规律和影响因素方面，安俊琳^[1]研究了北京地区O₃的季节变化，发现O₃浓度呈现明显的冬春季低、夏秋季高的季节变化，且O₃浓度变化与与温度、风速成正相关，与相对湿度成反相关，夏季与温度相关性较高，冬季与风速相关性较高；韩立达等^[2]分析了大连市O₃污染特征，发现O₃质量浓度春夏季较高，秋季次之 ,冬季最低；宋志伟等^[3]通过对天津市武清区大气O₃浓度变化特征的研究，发现结果表明武清区O₃浓度水平夏季最高，冬季最低，主要与光化学反应在夏季较强，冬季紫外强度和平均温度均较低，光化学反应较弱有关。在拉萨O₃特征方面，王彩红等^[4]发现拉萨市臭氧质量浓度在春末夏初达到峰值，由于青藏高原海拔高，紫外线强，相对内陆地区臭氧均值偏高， 拉萨市臭氧的浓度变化受空气湿度、日照时间和日均气温的影响。在PM_2.5的季节变化规律和影响因素方面，艾子贞^[5]发现PM_2.5浓度在秋季最高，春季最低，且与风向、风速、降水、温度、辐射、大气层的稳定性有关系；孙嘉文^[6]等发现PM_2.5浓度最高的季节是冬季、最低的季节是夏季，且与最高温度、最低温度、降水量、相对湿度均成负相关关系；赵新锋^[7]等发现珠海市PM_2.5浓度呈冬高夏低分布，且与平均温度、相对湿度、风速呈负相关关系，与气压呈显著正相关关系。前人的研究中对拉萨O₃和PM_2.5浓度的季节变化和气象因素影响的研究结果较少。而考虑到青藏高原地区环境污染的重要性和特殊性，有必要对青藏高原典型城市拉萨市O₃和PM_2.5进行研究和探讨。那么，拉萨市的O₃和PM_2.5浓度的季节变化规律是怎样的？受哪些气象因素影响？与内陆城市的差异又是怎样的呢？仍需我们进行更深入一步的研究与探讨。我们将基于此前提开展我们的工作。

1. 资料与方法

2.1资料

本文利用2017年5月至2018年4月的二套资料：

1. 中国空气质量在线监测分析平台提供的拉萨市逐日PM_2.5及天气信息数据， 本文使用的是 PM_2.5和O₃监测项；
2. Weather Underground网站提供的拉萨市逐日气象要素资料，本文使用到的变量为日平均气温、日平均风速以及日降水量。（网站：www.aqistudy.cn）
3. 研究区域：图1给出了拉萨市的地理位置（坐标：91°06’E，29°36’N）地处西藏高原中部地区，喜马拉雅山脉的北部，海拔为3650 m，位于雅鲁藏布江支流拉萨河中游河谷平原，拉萨河流经此，在南郊注入雅鲁藏布江。

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