学术前沿 | 中国东部海域臭氧的远距离输送:以中国东南沿海城市为例

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导语

对流层臭氧O3可以在大尺度环流的影响下进行远距离输送。中国是空气污染最为严重的地区之一，近几年来，与逐渐减轻的PM2.5污染相反的是臭氧污染的不断加重。中国地区的污染对于下风向地区的影响已经被广泛研究，但关于来自中国周边地区的污染物的传输对中国地区的污染影响，以及从中国北部通过东部海域向南部地区的远距离传输的研究仍然较少。

近日，南京大学国际地球系统科学研究所江飞教授课题组郑延花硕士作为第一作者发表了相关研究论文，该研究采用空气质量模型模型（WRF-CMAQ）、后向轨迹模式（HYSPLIT）、源解析模型（ISAM）等对臭氧的形成和传输过程进行模拟研究，首次清楚地表明，在一定的天气条件下，中国北方和日韩地区排放的臭氧前体物对于中国东南沿海地区的臭氧污染有明显的贡献。

论文题目：Long-range transport of ozone across the eastern China seas: A case study in coastal cities in southeastern China

发表期刊：《Science of the Total Environment》

论文地址：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144520

研究内容

2017年8月底到9月初，蒙古高压系统由陆地向海洋移动，东南沿海城市的O3浓度持续保持在47 ppb左右，且没有显著的日变化，这与典型的局地臭氧污染的典型“单峰”型日变化的时间分布特征有很大的不同。

WRF-CMAQ的模拟和后向轨迹结果表明，本次东南沿海城市的臭氧污染主要是来自中国东部海域的O3输送造成的，污染期间，水平输送对于臭氧浓度的贡献非常显著，小时贡献大概在10个ppb左右，且自地表到500米高度，该贡献均存在。源解析结果表明，京津冀地区、东三省地区和日韩地区可能是本次臭氧污染的前体物的主要来源，日韩地区贡献最大，京津冀次之，东三省再次之，三个地区的平均贡献分别为30ppb,19ppb和10ppb。

本文的研究成果，首次表明，在大陆高压东移过程中，由京津冀、东三省和日韩地区排放的O3前体物被输送至海上，然后通过光化学反应生成O3，由于水体表面的弱滴定以及极低的干沉降速率，气团内部臭氧保持了高浓度，最终在东北风作用下被输送至东南沿海城市。

研究通过对2017年全年的臭氧观测数据以及天气形势进行分析，发现在春季和秋季，大陆高压东移入海的过程中，类似的臭氧污染发生最为频繁。本研究结论有利于对我国东南沿海地区的臭氧污染做出更好的理解和预测。

图1. 2017年8月26日00时至9月7日00时上海、舟山、宁波、温州、福州、厦门O3逐时浓度时间序列

图2. 气团输送阶段模拟的臭氧浓度的平均分布

图3. 9月2日02：00时刻到达舟山、温州、厦门的气团84小时后向轨迹（a）(填色代表MEIC2016年NOx排放)和沿到达舟山(b), (c)温州(d)厦门的气团轨迹垂直方向O3浓度分布 (深绿色线代表气团越过海洋,灰色的半透明的矩形表示夜间)。

图4. 不同区域排放对于(a)上海、(b)舟山、(c)宁波、(d)温州、(e)福州和(f)厦门O3浓度贡献的时间序列(当地指城市所在省市的贡献)