易发生臭氧污染的气象条件（天气和气候条件对大气PM2.5和臭氧污染形成过程的影响）

在大气污染过程中，化学物质排放是内因，气象条件是外因，影响着污染物的传输扩散、化学转化、干湿沉降等过程。本文综述了中国近几年关于天气和气候条件对PM2.5和臭氧污染形成过程影响的研究进展和相关领域未来研究的重点。

结果发现，目前关于天气和气候条件影响PM2.5的研究较为系统，能识别气候因子、区域环流、局地静稳天气的配置关系，但对天气和气候影响臭氧污染的研究还较少。

随着社会经济发展，中国以PM2.5（直径小于等于2.5 μm并且能较长时间悬浮于空气中的固体或液体状态的细颗粒物）和臭氧污染（O3）为特征的复合型污染状况严重。

PM2.5的危害有增加呼吸系统疾病、心脑血管疾病或其他非传染性疾病的患病和死亡率，而且还会造成能见度急剧降低。而长期暴露在高O3环境下则会增加慢性阻塞性肺病、造成生态系统生产力下降、农作物减产等危害。

在大气污染过程中，化学物质排放是内因，气象条件是外因。其中，大气污染物分为人为源和自然源排放。而气象条件影响着污染物的传输扩散、化学转化、干湿沉降等过程。天气条件与重污染天或重污染事件有着密切的关系，例如PM2.5重污染事件通常发生在静稳气象条件下、O3通常发生在高温和干燥等天气。

除此之外，季风环流和全球变暖也对PM2.5和O3有着显著影响。所以系统地认识天气、气候条件对大气污染形成过程的影响，对防治重污染事件和制定空气质量计划有着重要的意义。

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中国空气污染现状

中国的空气污染是以PM2.5和O3为特征的复合型污染，大气氧化性物种和PM2.5浓度高、多种污染物发生多种界面间的相互作用。在“大气国十条”颁布以后，2013-2017年间，各种污染物排放下降21%～59%，与此同时74个重点城市年均PM2.5也有所下降。然而，2020的调查显示168个地级及以上城市PM2.5和O3浓度仍远超世界卫生组织的标准。下图给出5个主要城市（北京、成都、广州、上海、西安）PM2.5和 O3年均浓度在2014—2020年的逐年变化，PM2.5均呈现下降趋势，而臭氧总体呈上升趋势。

图 2014—2020年中国5个主要城市PM2.5和日最大8 h平均臭氧浓度（MDA8 O3）年均值变化趋势

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天气条件对大气污染形成的影响

近年随着重污染事件的爆发，国内相关人员就此展开了大量研究。

天气条件对PM2.5污染形成的影响

局地气象要素如温度、相对湿度、风速等对污染的发生和维持有重要影响。温度的升高不仅会影响污染物的化学反应速率，还会使得半挥发性的成分由颗粒态向气态转化。

此外，相对湿度过高也对污染物的形成有重要作用。目前不少研究都通过天气分类的方法，利用T型斜旋转主成分分析软件，PM2.5浓度高的天气型说明重污染更可能在此种天气型中发生，以研究重污染天的天气特征。

天气条件对O3污染形成的影响

单一的气象要素会影响近地面的O3浓度。例如，高温会加快其化学生成速率以及增加BVOCs的排放、相对湿度与O3成负相关的关系、云量也会通过改变到达地面的太阳辐射强度进而影响O3浓度。

除局地单一的气象要素外，大尺度的环流场也会对地面O3浓度造成影响。也有一些研究通过客观天气分型的方法，发现当出现高压、高温、低湿、高边界层高度等条件时，地面O3浓度较高。下图展示了华北O3重污染事件的发生不是某个气象要素起决定作用，而是多个气象因素组成的天气环流型协同影响的结果。

图 华北地区O3重污染事件对应的典型天气型及相关过程解释示意

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气候因子对大气污染的影响

目前有关气候变化影响中国PM2.5污染的研究分为以下几类：

1）基于再分析气象场和观测的PM2.5浓度的统计分析

2）再分析气象场驱动全球化学传输模式的PM2.5长期变化模拟

3）污染物-气候耦合全球模式的模拟

气候因子对PM2.5污染形成的影响

在大尺度环流背景变化影响PM2.5的研究方面，已明确东亚季风强度的减弱导致中国东部PM2.5浓度的增加。冬季风的减弱不利于污染物的扩散，而夏季风的减弱导致PM2.5的堆积。

此外，海表面温度、大地形、雪盖和海冰等强迫因子能够通过改变大气环流对中国的大气污染产生显著影响。另外的一些研究也将中国东部PM2.5与青藏高原的增暖联系起来，人为在西风带背景下高原大地形东侧背风坡可构成“避风港”效应。

利用全球大气化学传输模式，在再分析气象场的驱动下，PM2.5长期变化的模拟研究获得了气象场年际至年代际变化对中国东部PM2.5浓度影响幅度的定量表达。

研究表明，气象场的年际变化与减排目标非常相近，说明在评估控制措施的有效性时需区分减排和气象场的影响。在污染物-气候耦合模拟研究方面，全球气候模式的发展已能同步模拟气相化学机制和大气颗粒物的主要成分，此类模式被同时用于空气质量和气候中长期变化的研究。

气候因子对O3污染形成的影响

目前关于气候因子影响臭氧污染的研究相对较少，其中有些研究掩饰O3的年际变化与东亚夏季风的强弱有显著的正相关关系。西太平洋副热带高压较强时，会造成中国南部低温高湿多云、中国北部高温低湿少云的天气，引起南部O3浓度下降北部O3浓度上升。

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结 论

近几年研究已经获得了较为系统的关于天气条件影响PM2.5和O3污染过程的认识。针对典型污染区域污染天气特征的认识，已能构建污染天气指数，用于判断利于发生大气污染的天气并制定防控策略。

目前的研究能识别气候因子、区域环流、局地静稳天气的配置关系，但关于气候条件影响臭氧的研究还相对较少。

未来有可能的研究方向：

1）天气和气候条件对大气氧化剂的影响；

2）影响PM2.5污染的主导气候因子；

3）气候因子通过多尺度大气物理过程对O3污染的影响；

4）大气污染物-气候双向反馈，定量评估未来大气污染物的变化、对气候的影响和响应。

论文全文发表于《科技导报》2022年第15期，本文有删减，欢迎订阅查看。