前两篇相关博文没有注意石家庄市的臭氧(O3)监测数据,原因是重霾期间监测到的臭氧浓度通常都很低,自以为是地忽略了。之后天气后报网站支持我补足了监测数据,在重新整理之时,也画各站臭氧曲线来进行比较。突然发现了“大问题”:石家庄7个监测站测得的臭氧浓度在重霾期间都很低,但封龙站监测到的臭氧浓度居然偏高。在重霾期间,测得臭氧浓度比较其它7个站高得多。重霾混合层内虽然阳光微弱,光化学反应较弱。但混合层顶部阳光灿烂,可以发生较强的光化学反应。因此写此文请教大气化学方面网友:封龙山重霾时测得较高臭氧浓度和重霾形成的化学过程是否有关,或者那里的臭氧是从别的区域输送过来的?下面是具体情况:
封龙山站位于石家庄市西南,离市区约15公里,并且位于800米山顶附近。因为重霾期间,混合层厚度常在500米以下,虽然地形起伏有影响,但封龙山站很可能常在混合层上面。下面图中黑色曲线就是封龙山站数据。下面曲线图可见:
1、 无论是否重霾污染。封龙山站PM2.5、PM10、NO2、和CO数据曲线均比较其他7个站低得多。这是正常现象,因为它在雾霾层(也是混合层)之上。但是SO2和O3曲线显然有不同规律或异常;
2、 封龙山站SO2曲线和其他7个站量级相当。仔细看还可以发现,第一个超严重雾霾期间,该站SO2数据甚至有一段时间超过其他7个站,为什么?第二个中等程度的严重雾霾时,该站SO2浓度也比较高,但比较其他7站低了,又为什么?是否可以怀疑这两个过程有所不同:例如风向,输送的来向不同。石家庄地形有些南北向,西面和山西内蒙间有太行山阻隔,但有山口。根据气象部门每日发布的全国霾污染分布图,不同天气背景下,石家庄污染有时和西面连片,但有时却明显有太行山阻隔。
3、 发现O3曲线图中封龙山曲线很特殊,值得进一步研究,可能揭示了雾霾化学过程的一个重要环节,也可能成为判别污染物输送来向的一个重要依据。
1) 严重雾霾期间,常见地面监测站O3浓度很低,因为阳光微弱,石家庄其他7个站的O3曲线说明了这个事实。封龙山站高于重霾期间混合层厚度(约500米),常矗立于混合层之上。因此即使重霾,那里PM2.5和PM10浓度都低于地面的其他各站。因此一个解释是,那里白昼阳光仍然充足,混合层上面可以发生较强的光化学反应。如果如此,这一反应可能在雾霾形成的化学过程中有重要作用,值得研究。
2) 但是,存在一些问题需要解释:
a) 如果主要来自本地光化学反应,应当有明显昼夜变化。查对曲线,发现虽然有昼夜变化,但不像地面监测站O3数据那样,夜间浓度几乎是零。封龙山上除少数情况(要核对气象数据~尚缺),所示夜间O3浓度也有不低的数值。
b) 如果本地光化学反应强烈,那么参与反应的其他化学组分呢?封龙山和地面站比较,NO2、CO浓度都不算高,SO2虽然不低,但也不算很高。虽然没有VOC的监测曲线,但因为VOC和机动车尾气关系密切,而CO浓度高低和机动车尾气相关,可以猜想VOC浓度也不高的。因此,就O3浓度高还不能结论说那里一定光化学反应强烈,那里O3浓度偏高可能的别的来源。
c) O3具有较高化学活性,地面监测站晚间一般浓度很低的重要原因是O3和别的气体发生反应还原。所以封龙山O3浓度高的另一个可能是山上空气洁净,晚间O3和别的气体反应甚少,造成了一定的积累。
d) 地面监测O3常发现其高浓度区域在郊区,不是在机动车尾气密集的市区。有时还发现晚间也有O3偏高现象(和天气过程有关,可能有外地输送)。因此重霾污染期间封龙山O3浓度持续偏高有可能和外地输送和积累有关,可能成为外地输送的一个重要判据。
2) 因此,封龙山站O3浓度偏高的问题值得研究:有可能是雾霾化学过程的重要环节,也有可能缘因不同方向的污染输送结果。
4、 最后一张图是PM2.5和PM10之间的比例曲线。石家庄数据表明,这个比例在70%左右,说明该市扬尘比较严重,甚于北上广超大城市;
本文数据不多,只有2016年12月1日至7日的一周时间。虽然发现一些问题,其中可能含有重要信息,但不能得出令人信服的结论。除了认为封龙山SO2和O3浓度曲线异常值得深入研究外,本文另一个目的是提请注意:各地环境监测站的“常规监测”数据,结合气象部门数据和地理地形数据,可能提供重要信息。应当充分利用这些资源。
致谢:本文数据来自“天气后报”网站http://www.tianqihoubao.com/
下面各图时间轴从2016年12月1日15:00至12月7日13:00
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