兰州夏季臭氧污染过程分析

　　摘要：利用国控点兰州城市污染资料以及欧洲中期天气预报中心的 ERA-interim 再分析资料，分析了16年7月2日、18年7月9日两次臭氧污染过程，对兰州地区污染天气的特征和过程进行了分析研究并总结了兰州地区臭氧污染类型天气的特点。研究结果表明：(1)通过分析夏季兰州的臭氧污染，结合污染天气当天各污染物的浓度趋势以及风速场、温度场变化，得出兰州市臭氧污染与NO2、CO 两种主要污染物的浓度以及太阳辐射强度相互联系，兰州夏季臭氧污染时间周期短，持续污染能力较差，污染成分復杂，其污染过程主要集中在一天太阳辐射最强烈的时段。

　　关键词：大气环境;兰州;臭氧;气象场

　　0 引言[1]

　　臭氧是一种强氧化剂，比重为空气的1.66倍，常集聚在下层空间，其强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽，引发支气管炎和肺气肿;造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退;对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用;破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使孕妇生畸形儿等一系列健康问题。因此，大气环境中臭氧浓度上升所造成的污染天气必须引起人们的高度重视。

　　对于兰州地区的污染过程，已经有不少学者进行了相关研究工作，并得到了很多有意义的结果。王颖等运用CAMQ空气质量模式及WRF中尺度气象模式，通过采用湍流闭合方案、混合层高度和湍流交换系数参数化方法等方面研究了WRF模式下不同边界层参数化方案对模拟边界层低层气象要素特征的差异，验证了CAMQ模式模拟山谷地区城市中空气污染物的输送、扩散、消亡以及转化的能力，给出了适应兰州地区的污染数值模拟方案，分析了兰州地区O3、PM10、CO等主要几种污染物的时空变化分布特征，以及高架污染源对兰州地区空气质量的贡献率;杨雪玲利用 11-16 年兰州地区的污染物浓度资料分析了兰州污染物浓度的时空分布规律，探讨了风速风向、气温、降水等气象要素对污染物浓度分布的影响，并研究了重污染过程中环流形势和气象条件的变化特征。因此利用数值产品ERA-interim 再分析资料，定量分析兰州地区年际范围内不同类型的污染过程，进而研究不同环流场、温度场、风场以及层结稳定度，对污染物浓度的空间分布和时间变化的影响，以及探究兰州地区全年不同类型污染事件发生发展的规律及特点。

　　兰州市空气污染多发，分析 1999、2000 年两年的空气污染指数的结果表明，兰州平均的空气污染指数 AQI 年平均达到 239，是我国 42 个主要城市里空气污染最为严重的城市，在 42 个主要城市的 AQI 年平均指数中，兰州是唯一一个 AQI 年平均指数超过了200 的地区。兰州地区的三大主要污染类型分布在不同季节，春季以沙尘暴和浮沉污染为主，夏季以臭氧等光化学烟雾污染为主，冬季以煤烟型污染为主。通过量化分析兰州地区的空气污染发生、发展及消亡的过程，得出兰州地区空气污染的主要形成原因及扩散、消亡的特点，将对及时防灾减灾、提高人们生活质量和国民经济建设具有重要现实意义;对空气污染做出定量准确的预报和监测，将对制定预防人体健康危害的措施，具有显著的科学价值和十分重要的实际意义;同时，依照研究的结论也将对对城市污染的治理，城市的管理规划起到重要的支撑作用。

　　1 方法介绍

　　1.1 资料选取

　　ERA-Interim再分析资料是ECMWF继ERA40资料之后推出的一套新的再分析资料，包含1979年至今的时段，与ERA40时段上有部分重叠(1989—2002年)，但在资料同化处理上有很大的进步一是由原先的三维同化系统(3D VAR)变更为现今使用的四维同化系统(4D VAR);二是更新了同化模型，最新的综合预报系统为IFS Cy45r1;三是提升了格网分辨率，水平格网能提供不高于0.75°×0.75°精度的数据;四是应用了更多的卫星数据包括：卫星亮温资料、GPS掩星资料、散射计资料，以及地面观测资料。其地面资料获取仍使用TESSEL过程(Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land)。ERA-Interim能够提供不同气压位的多种气象数据，由1000 hPa上升到1 h Pa高度，1000hPa至100 h Pa的压强间隔为25 h Pa。数据时段包括00时、06时、12时、18时(世界时)，其中00时和12时为分析产品，06时和18时为预报产品。

　　1.2 资料使用方法

　　NCL(The NCAR Command Language)是一种专门为科学数据处理以及数据可视化设计的高级语言，很适合用在气象数据的处理和可视化上。NCL 包含了现代编程语言的许多常见功能：条件语句、循环、数组运算等。此外，NCL 还包括许多有用的内置函数和过程用来进行处理和操作数据，其中包括统计函数、插值、EOF 分析、波谱分析等

　　本文选用 ERA-interim 再分析资料提供的16年7月2日，18年7月9日的单日资料，运用 NCL 进行可视化处理。再分析资料提供了当日世界时 0时、6时、12时、18时的四次观测资料，本文运用每个时间节点的观测数据对影响兰州地区的风场、温度场进行分析。运用统计分析软件对兰州市及各站点的O3、CO、NO2浓度数据进行处理，结合NCL处理再分析资料得出的气象场图形资料，研究兰州地区的各个污染过程。

　　2 16年7月2日臭氧污染过程分析

　　近年以来，臭氧污染频繁发生，已经成为主要环境污染的之一。臭氧是存在于大气层中的抗氧化物和碳氢化合物等被太阳照射，进而发生光化学反应而形成的，其广泛存在于人类生活的大气层中，但是当人类活动区域周边的臭氧浓度超过一定范围时，会造成光化学烟雾等污染。臭氧在空气中的含量远远小于其他组成成分，对它的科学研究尚不充分。本文选取2016年7月2日和2018年7月9日两次典型臭氧污染过程，对兰州地区的夏季臭氧特点进行分析。

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文章名称： 兰州夏季臭氧污染过程分析

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