2016—2019年长沙市O3浓度变化特征及其影响因子分析

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2023.02.006

摘要/Abstract

摘要：

利用2016—2019年长沙市O₃、NO₂和CO逐时监测数据以及同期气象要素观测资料, 分析O₃浓度的时空分布特征及气象因子对O₃浓度的影响。结果表明: 2016—2019年长沙市O₃日最大8 h滑动平均浓度各年平均值分别为(52.81±26.61)μg·m^-3、(55.89±25.42)μg·m^-3、(61.74±29.56)μg·m^-3和(60.77±31.68)μg·m^-3, 呈逐年升高趋势。夏季O₃浓度最高(均值为74.56 μg·m^-3), 冬季O₃浓度最低(均值为33.64 μg·m^-3)。O₃浓度日变化呈显著的单峰特征, 峰值出现在16时左右, 超标时段为12—18时。2016—2019年长沙市O₃浓度空间分布非均匀性表现为城区外围站点大于市中心站点, 其中冬季非均匀性最大(不均匀度为0.12), 夏季非均匀性最小(不均匀度为0.04)。长沙市城区O₃浓度与温度、太阳辐射呈正相关(相关系数分别为0.61、0.65), 与相对湿度、NO₂和CO呈负相关(相关系数分别为-0.42、-0.35、-0.27)。

关键词: O₃浓度, 气象因子, 广义相加模型

Abstract:

Based on the hourly monitoring data of ozone, NO₂, and CO in Changsha from 2016 to 2019 and the corresponding meteorological observation data, the temporal and spatial variations of ozone concentration and the meteorological influence factors were analyzed.The results show that the annual mean maximum 8-h moving average concentration of ozone in Changsha during 2016 and 2019 were (52.81±26.61) μg·m^-3, (55.89±25.42) μg·m^-3, (61.74±29.56) μg·m^-3 and (60.77±31.68) μg·m^-3, respectively, with an increasing trend.Ozone level is the highest in summer (mean 74.56 μg·m^-3) and the lowest in winter (mean 33.64 μg·m^-3).The diurnal variation in ozone presents a significant single-peak pattern with the peak level appearing at around 16:00 and the exceeding standard period between 12:00 and 18:00.The spatial heterogeneity in ozone shows that the levels appear larger at the urban periphery than at the urban center sites, with the largest heterogeneity in winter (0.12) and the smallest heterogeneity in summer (0.04).The concentrations of ozone in Changsha are positively correlated with temperature and solar radiation with the coefficients of 0.61 and 0.65, respectively, and negatively correlated with relative humidity, NO₂, and CO with coefficients of -0.42, -0.35, and -0.27, respectively.

Key words: Ozone level, Meteorological factors, Generalized additive models

中图分类号:

X515

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参考文献 26

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年份	春季	夏季	秋季	冬季
2016年	56.30	68.58	51.93	34.22
2017年	64.53	64.98	57.22	36.42
2018年	66.87	82.66	61.43	34.71
2019年	58.58	82.02	72.00	29.22
平均值	61.57	74.56	60.65	33.64

年份	2016年	2017年	2018年	2019年
周末平均浓度	55.44	55.71	64.17	60.06
工作日平均浓度	52.82	55.96	60.76	61.05
浓度差	2.62	-0.25	3.14	-0.99

年份	超标日数/d	超标平均浓度/(μg·m^-3)	超标率/(%)	与标准限值浓度差/(μg·m^-3)
2016年	24	176.99	6.6	16.99
2017年	28	178.93	7.7	18.93
2018年	28	179.87	7.7	19.87
2019年	48	177.53	13.2	17.53
合计	128	178.33	8.8	18.33

变量	O₃浓度	NO₂浓度	CO浓度	温度	总辐射	相对湿度	气压	风速
O₃浓度	1.00	-0.27	-0.35	0.61	0.65	-0.420	-0.44	-0.08
NO₂浓度	—	1.00	0.38	-0.11	-0.03	-0.390	0.44	-0.36
CO浓度	—	—	1.00	-0.09	-0.04	0.016	0.29	-0.15
温度	—	—	—	1.00	0.64	-0.160	-0.80	-0.22
总辐射	—	—	—	—	1.00	-0.650	-0.41	-0.32
相对湿度	—	—	—	—	—	1.000	-0.09	0.18
气压	—	—	—	—	—	—	1.00	0.16
风速	—	—	—	—	—	—	—	1.00

平滑效应项	估计自由度	参考自由度	F	P	R²	方差解释率/(%)
太阳辐射	4.948	6.040	420.70	<2e-16^*	0.6570	65.9
相对湿度	6.134	7.302	115.00	<2e-16^*	0.3870	39.0
气温	8.433	8.911	106.90	<2e-16^*	0.4180	42.1
风速	1.704	2.155	51.26	<2e-16^*	0.0764	7.8
气压	4.859	5.837	59.51	<2e-16^*	0.2070	21.0

2016—2019年长沙市O₃浓度变化特征及其影响因子分析

Variations of ozone concentration and its influence factors in Changsha from 2016 to 2019

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平滑效应项	估计自由度	参考自由度	F	P
太阳辐射	3.968	4.934	75.449	<2e^-16*
相对湿度	6.823	7.931	12.729	<2e^-16*
气温	7.747	8.593	25.188	<2e^-16*
风速	4.978	6.124	6.681	4.61e^-07*
气压	7.450	8.373	3.159	0.00124^**

平滑效应项	估计自由度	参考自由度	F	P
太阳辐射	4.099	5.080	74.81	<2e^-16*
相对湿度	6.948	8.035	15.90	<2e^-16*
气温	8.025	8.751	47.12	<2e^-16*