2014—2021年泰安市PM2.5和O3复合污染特征及其气象成因分析

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2024.06.004

摘要/Abstract

摘要：

选用2014—2021年泰安市地面气象观测资料、大气污染物监测资料及欧洲中期数值预报中心(ECMWF)提供的ERA5资料，分析该地区的PM_2.5和O₃复合污染特征、气象成因及复合污染期间PM_2.5与O₃的相互作用。结果表明：泰安市PM_2.5和O₃复合污染严重，月超标小时数为单峰型分布，具有显著的季节变化特征，气温和相对湿度较高、风速较小条件下更易发生PM_2.5和O₃复合污染。应用PCA与K均值聚类法将泰安市复合污染天气分为高压后部型、均压场型、鞍型场型、弱低压前部型、高压底部型5种类型，其中，高压后部型发生复合污染频率最高。泰安市PM_2.5和O₃相互作用分析表明，冬季、夏季二者均存在显著相关，夏季的大气氧化性以O₃的氧化作用为主，不同强度光化学水平下的大气PM_2.5浓度贡献率均为一次排放大于二次生成；冬季的大气氧化性较弱，随PM_2.5浓度增大，太阳直接辐射减弱，O₃峰值浓度减小，表明PM_2.5对O₃的生成存在一定的抑制作用。

关键词: 复合污染, 气象因素, 天气类型

Abstract:

Based on surface meteorological observation data, air pollutant monitoring data from 2014 to 2021 in Tai′an city, and ERA5 reanalysis data provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), this study analyzes the characteristics of PM_2.5 and O₃ compound pollution, the meteorological causes, and the interactions between PM_2.5 and O₃ during compound pollution periods in this region.The results show that compound pollution by PM_2.5 and O₃ is a significant issue in Tai′an city, with monthly exceedance hours showing a unimodal distribution and significant seasonal variation characteristics.The compound pollution is more likely to occur under conditions of high temperature, high relative humidity, and low wind speed.Using Principal Component Analysis (PCA) and K-means clustering methods, the weather patterns associated with compound pollution in Tai′an city are classified into five types: rear of high pressure type, uniform pressure field type, saddle field type, front of weak low pressure type, and bottom of high pressure type, with the rear of high pressure type showing the highest frequency of compound pollution occurrence.Analysis of the interactions between PM_2.5 and O₃ in Tai′an city indicates significant correlations in both winter and summer.In summer, atmospheric oxidation is dominated by O₃ oxidation, and the contribution rate of atmospheric PM_2.5 concentration under various photochemical intensity levels shows that primary emissions surpass secondary formation.In winter, with weak atmospheric oxidation, increasing PM_2.5 concentrations, lead to reduced direct solar radiation and decreased O₃ peak concentrations, indicating that PM_2.5 has an inhibitory effect on O₃ formation.

Key words: Compound pollution, Meteorological factors, Weather patterns

中图分类号:

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参考文献 30

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类型	平均PM_2.5浓度/(μg·m^-3)	平均MDA8 O₃浓度/(μg·m^-3)	出现频率/(%)
CT1	94.0	193.0	37.5
CT2	93.7	193.3	30.0
CT3	90.0	191.0	7.5
CT4	92.2	213.3	15.0
CT5	94.0	178.5	10.0

季节	污染物浓度	气温	气压	相对湿度	风速	气象要素
夏季	PM_2.5	-0.226^**	0.153	-0.372^**	-0.220^**	0.571^**
夏季	O₃	0.411^**	-0.193	-0.584^**	-0.248^**	0.571^**
冬季	PM_2.5	-0.207^**	-0.220^**	0.468^**	-0.351^**	-0.248^*
冬季	O₃	0.429^**	-0.285^**	0.175	-0.172^*	-0.248^*

季节	OX/(μg·m^-3)	O₃/OX	OX与O₃浓度的相关系数	OX与NO₂浓度的相关系数
夏季	190.4	0.89	0.994^**	0.587^**
冬季	117.8	0.61	0.875^**	0.411^**

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2014—2021年泰安市PM_2.5和O₃复合污染特征及其气象成因分析

Analysis of compound pollution characteristics of PM_2.5 and O₃ and their meteorological causes in Tai′an city from 2014 to 2021

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