2019年8月太原市一次典型O3和PM2.5污染天气过程成因分析

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2023.06.004

摘要/Abstract

摘要：

选用太原市近地面O₃、PM_2.5、气象要素、天气形势、NCEP再分析资料、颗粒物激光雷达等资料, 结合后向轨迹模式, 对2019年8月19—20日太原市一次典型O₃和PM_2.5污染天气过程特征及成因进行分析。结果表明: 此次污染过程O₃浓度早于PM_2.5浓度达到峰值, 19日O₃浓度较大且持续时间长, 20日PM_2.5浓度增大, 但O₃浓度明显减小。河套倒槽前小风、高温的稳定层结为19日O₃和PM_2.5的积累提供了有利条件, 边界层高度降低和偏东气流输送导致19日日落后O₃和PM_2.5浓度增大, 其后倒槽过境时的地面上升运动、边界层发展使近地面O₃和PM_2.5污染得到一定缓解, 20日冷锋过境后的边界层高度降低及高湿环境为PM_2.5在近地层迅速积累提供了有利气象条件。在颗粒物污染占主导期间, 气温偏低以及PM_2.5浓度突增造成近地层太阳辐射大幅减小是20日O₃浓度偏低的主要原因; 19日高浓度O₃污染主要受东南方向气流影响, 20日来自河南中南部的气流及来自内蒙古地区的沙团是PM_2.5浓度上升的主要原因。

关键词: 边界层高度, 颗粒物污染, 后向轨迹

Abstract:

Using the near-surface O₃, PM_2.5, meteorological elements, weather patterns, NCEP reanalysis data, and particulate laser radar data in Taiyuan city, combined with a backward trajectory model, the characteristics and causes of a typical O₃ and PM_2.5 pollution weather process occurred from August 19 to 20, 2019, in Taiyuan city were analyzed.The results indicate that during this pollution event, the concentration of O₃ peaks earlier than that of PM_2.5.On the 19th, the concentration of O₃ is high and lasts for a long time, whereas on the 20th, the concentration of PM_2.5 increases, but that of O₃ significantly decreases.The stable layer of low wind and high temperature before the Hetao trough provides favorable conditions for the accumulation of O₃ and PM_2.5 on the 19th.The decrease of boundary layer height and easterly air transport led to the increase of O₃ and PM_2.5 concentrations after sunset on the 19th.Subsequently, the upward movement of the ground and the development of the boundary layer during the transit of the trough reduce the O₃ and PM_2.5 pollution near the ground to a certain extent.After the transit of the cold front on the 20th, the reduced height of the boundary layer and the high humidity environment provide favorable meteorological conditions for the rapid accumulation of PM_2.5 near the ground.During the period when particulate pollution was dominant, the main reason for the low O₃ concentration on the 20th is the decrease of near-ground solar radiation caused by low temperature and sudden increase of PM_2.5 concentration.On the 19th, the high concentration of O₃ pollution is mainly affected by the airflow from the southeast direction, while on the 20th, the airflow from central and southern Henan and the sand mass from Inner Mongolia are the main reasons for the increase of PM_2.5 concentration.

Key words: Boundary layer height, Particulate pollution, Backward trajectory

中图分类号:

X513/X515

汪文雅,朱凌云,郭伟,王雁,陈玲. 2019年8月太原市一次典型O₃和PM_2.5污染天气过程成因分析[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(6): 28-36.

Wenya WANG,Lingyun ZHU,Wei GUO,Yan WANG,Ling CHEN. Analysis of the causes of a typical O₃ and PM_2.5 pollution weather process in Taiyuan city in August 2019[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2023, 39(6): 28-36.

图/表 8

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表1

参考文献 41

1	李红, 彭良, 毕方, 等. 我国PM_2.5与臭氧污染协同控制策略研究[J]. 环境科学研究, 2019, 32 (10): 1763- 1778.
2	Zheng B , Dan T , Meng L , et al. Trends in China's anthropogenic emissions since 2010 as the consequence of clean air actions[J]. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 2018, 18 (19): 14095- 14111. doi: 10.5194/acp-18-14095-2018
3	Wang P , Guo H , Hu J , et al. Responses of PM_2.5 and O₃ concentrations to changes of meteorology and emissions in China[J]. Science of the Total Environment, 2019, 662, 297- 306. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.01.227
4	Li K , Jacob D J , Liao H , et al. Anthropogenic drivers of 2013-2017 trends in summer surface ozone in China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116 (2): 422- 427. doi: 10.1073/pnas.1812168116
5	王韵杰, 张少君, 郝吉明. 中国大气污染治理: 进展·挑战·路径[J]. 环境科学研究, 2019, 32 (10): 1755- 1762.
6	Lyu X P , Wang N , Guo H , et al. Causes of a continuous summertime O₃ pollution event in Jinan, a central city in the North China Plain[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2019, 19 (5): 3025- 3042. doi: 10.5194/acp-19-3025-2019
7	郭伟, 朱凌云, 汪文雅, 等. 2019年太原青运会期间空气质量评估[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (6): 36- 43. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2021.06.005
8	Tan Z , Lu K , Jiang M , et al. Exploring ozone pollution in Chengdu, southwestern China: A case study from radical chemistry to O₃-VOC-NO_x sensitivity[J]. Science of the Total Environment, 2018, 636, 775- 786. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.04.286
9	Real E , Sartelet K . Modeling of photolysis rates over Europe: impact on chemical gaseous species and aerosols[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2011, 11 (4): 1711- 1727. doi: 10.5194/acp-11-1711-2011
10	Dickerson R R , Kondragunta S , Stenchikov G , et al. The impact of aerosols on solar ultraviolet radiation and photochemical smog[J]. Science, 1997, 278 (5339): 827- 830. doi: 10.1126/science.278.5339.827
11	Lou S J , Liao H , Zhu B . Impacts of aerosols on surface-layer ozone concentrations in China through heterogeneous reactions and changes in photolysis rates[J]. Atmospheric Environment, 2014, 85, 123- 138. doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.12.004
12	李红丽, 王杨君, 黄凌, 等. 中国典型城市臭氧与二次气溶胶的协同增长作用分析[J]. 环境科学学报, 2020, 40 (12): 4368- 4379.
13	程麟钧, 王帅, 宫正宇, 等. 中国臭氧浓度的时空变化特征及分区[J]. 中国环境科学, 2017, 37 (11): 4003- 4012.
14	马雁军, 赵胡笳, 刘宇飞, 等. 中国东北地区重污染事件气溶胶浓度变化与天气形势分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 13- 19.
15	刘鹏姣, 那晓东, 李光辉. 2015—2016年东北三省PM_2.5的时空分布特征[J]. 测绘与空间地理信息, 2018, 41 (2): 72- 76. doi: 10.3969/j.issn.1672-5867.2018.02.020
16	刘宁微, 权维俊, 任万辉, 等. 辽宁地区O₃污染状况及相关气象要素分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 27- 33. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2021.05.005
17	史珺, 赵玉洁. 天津市东丽区一次持续性雾霾天气过程的特征及影响要素分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 8- 12.
18	胡亚男, 马晓燕, 沙桐, 等. 不同排放源对华东地区PM_2.5影响的数值模拟[J]. 中国环境科学, 2018, 38 (5): 1616- 1628.
19	浦静姣, 张艳, 余琦, 等. 上海地区O₃与NO₂时空特征数值模拟个例研究[J]. 中国环境科学, 2009, 29 (5): 461- 468.
20	邵平, 辛金元, 安俊琳, 等. 长三角工业区夏季近地层臭氧和颗粒物污染相互关系研究[J]. 大气科学, 2017, 41 (3): 618- 628.
21	赖安琪, 陈晓阳, 刘一鸣, 等. 珠江三角洲高质量浓度PM_2.5和O₃复合污染特征[J]. 中山大学学报(自然科学版), 2018, 57 (4): 30- 36.
22	毛卓成, 许建明, 杨丹丹, 等. 上海地区PM_2.5-O₃复合污染特征及气象成因分析[J]. 中国环境科学, 2019, 39 (7): 2730- 2738.
23	赵辉, 郑有飞, 吴晓云, 等. 江苏省大气复合污染特征与相关气象驱动[J]. 中国环境科学, 2018, 38 (8): 2830- 2839. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2018.08.005
24	王占山, 张大伟, 李云婷, 等. 北京市夏季不同O₃和PM_2.5污染状况研究[J]. 环境科学, 2016, 37 (3): 807- 815.
25	罗悦函, 赵天良, 孟凯, 等. 华北平原和山区城市PM_2.5和O₃变化关系比较分析[J]. 中国环境科学, 2021, 41 (9): 3981- 3989.
26	陈楠, 陈立, 王莉莉, 等. 2015—2020年湖北省PM_2.5和臭氧复合污染特征演变分析[J]. 环境科学研究, 2022, 35 (3): 659- 672.
27	尉鹏, 王文杰, 苏福庆, 等. 北京夏季典型PM_2.5与O₃相继重污染事件分析[J]. 安全与环境学报, 2015, 15 (6): 311- 315.
28	伍德侠, 宫正宇, 潘本锋, 等. 颗粒物激光雷达在大气复合污染立体监测中的应用[J]. 中国环境监测, 2015, 31 (5): 156- 162.
29	Zhang Q , Ma X C , Tie X X , et al. Vertical distributions of aerosols under different weather conditions: Analysis of in-situ aircraft measurements in Beijing, China[J]. Atmospheric Environment, 2009, 43 (34): 5526- 5535. doi: 10.1016/j.atmosenv.2009.05.037
30	Li J W , Han Z W . Aerosol vertical distribution over east China from RIEMS-Chem simulation in comparison with CALIPSO measurements[J]. Atmospheric Environment, 2016, 143, 177- 189. doi: 10.1016/j.atmosenv.2016.08.045
31	安俊琳, 王跃思, 李昕, 等. 北京大气O₃与NO_x的变化特征[J]. 生态环境学报, 2008, 17 (4): 1420- 1424.
32	宋从波, 瑞芃, 何建军, 等. 河北廊坊市区大气中NO、NO₂和O₃污染特征研究[J]. 中国环境科学, 2016, 36 (10): 2903- 2912.
33	任阵海, 万本太, 苏福庆, 等. 当前我国大气环境质量的几个特征[J]. 环境科学研究, 2004, 17 (1): 1- 6. doi: 10.3321/j.issn:1001-6929.2004.01.001
34	张晨, 朱彬, 刘晓慧, 等. 一次冷锋过程中我国区域空气污染边界层特征[J]. 中国环境科学, 2020, 40 (10): 4284- 4291.
35	任浦慧, 解静芳, 姜洪进, 等. 太原市大气PM_2.5季节传输路径和潜在源分析[J]. 中国环境科学, 2019, 39 (8): 3144- 3151.
36	Sun Y , Song T , Tang G Q , et al. The vertical distribution of PM_2.5 and boundary-layer structure during summer haze in Beijing[J]. Atmospheric Environment, 2013, 74, 413- 421. doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.03.011
37	王跃, 王莉莉, 赵广娜, 等. 北京冬季PM_2.5重污染时段不同尺度环流形势及边界层结构分析[J]. 气候与环境研究, 2014, 19 (2): 173- 184.
38	宋挺, 刘军志, 胡婷婷, 等. MODIS气溶胶光学厚度产品和激光雷达数据在大气颗粒物监测中的应用[J]. 遥感技术与应用, 2016, 31 (2): 397- 404.
39	胡晓, 张国超, 林陈爽, 等. 基于激光雷达的宁波地区气溶胶垂直分布特征研究[J]. 气象与环境科学, 2019, 42 (2): 74- 81.
40	郭赈东, 王成刚, 赵嘉琪, 等. 杭州富阳地区2015—2018年冬季不同天气形势下PM_2.5传输路径和潜在源区分析[J]. 环境科学学报, 2021, 41 (5): 1680- 1689.
41	闫世明, 王雁, 张岳军, 等. 五台山春季气溶胶传输特征[J]. 中国环境科学, 2020, 40 (2): 497- 505. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2020.02.004

日期	轨迹	占比/(%)	O₃/(μg·m^-3)	PM_2.5/(μg·m^-3)	PM_2.5/CO	风速/(m·s^-1)
	1	37.50	60.44	26.33	31.35	2.46
8月19日	2	33.33	171.50	41.75	42.17	3.01
	3	29.17	201.86	49.57	48.13	3.10
	1	33.33	101.38	69.13	59.09	4.26
8月20日	2	41.67	116.40	49.90	56.07	4.00
	3	25.00	50.50	59.67	47.74	5.84

[1]	贾小芳, 李杨, 孙晓晴, 董璠. 2015年华北地区上甸子大气本底站PM_2.5化学组分特征及来源分析[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(6): 87-95.
[2]	徐红, 陈军庆, 路海军, 宋明坤, 陈玺伍, 龚强, 朱玲, 沈历都. 2021年3月27—28日中国北方沙尘天气特征分析[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(4): 9-16.
[3]	王俊秀, 王俊杰, 韩仙桃, 杨彩云, 姜学恭, 李蓉, 张克文. 基于多源数据的2021年3月呼和浩特严重沙尘污染天气特征分析[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(4): 17-24.
[4]	王苏瑶,邓学良,胡建林,常炉予. 2015—2018年淮北市冬半年重污染天气大气环流分型研究[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(4): 74-83.
[5]	武威,单铁良. 基于后向轨迹的秋冬季漯河重污染输送及典型个例分析[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(3): 65-74.
[6]	曹青, 谷晓平, 张翅鹏, 陈贞宏, 吴哲红. 贵州安顺市PM_2.5气象输送条件及贡献源空间分布[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(2): 55-62.
[7]	麦榕, 杨洋, 范根昌, 吕峰, 董晓波, 梁苗, 姚波. 基于飞机观测资料的石家庄秋季对流层CH₄垂直分布特征[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(2): 70-77.
[8]	尹浩, 郯俊岭, 王巨勇, 李洪权, 奚雷, 吴彬, 邱吉东. 湖州市PM_2.5浓度变化及传输特征分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(5): 20-26.
[9]	王芃,谈建国,束炯,彭杰. 基于数据窗口标准差的边界层高度反演方法——以上海市为例[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(2): 107-112.
[10]	高星星,桂海林,王楠,张黎,王建鹏. 汾渭平原一次沙尘和人为混合空气污染过程分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(1): 1-8.
[11]	王栋成, 邱粲, 董旭光, 曹洁. 偏离度法确定济南夏季对流边界层高度研究[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(3): 29-36.
[12]	杨栋, 朱佳敏, 姚日升, 涂小萍. 宁波地区空气质量及大气自净能力海陆差异对比[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(3): 52-59.
[13]	贾健, 杨佩琪, 蒋慧敏. 乌鲁木齐市日最大边界层高度变化特征分析及其与空气质量的关系[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(2): 55-60.
[14]	霍彦峰, 邓学良, 弓中强, 杨关盈, 孙强, 翟菁, 于彩霞. 2017年5月长三角地区一次沙尘重污染天气成因分析[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(1): 26-34.
[15]	仇会民, 周成龙, 杨帆, 马凯, 冶晓婷, 周雪英. 塔里木盆地东部地区一次典型区域性沙尘天气分析[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(2): 19-27.

2019年8月太原市一次典型O₃和PM_2.5污染天气过程成因分析

Analysis of the causes of a typical O₃ and PM_2.5 pollution weather process in Taiyuan city in August 2019

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 41

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 10