摘要：利用國控點蘭州城市污染資料以及歐洲中期天氣預(yù)報中心的 ERA-interim 再分析資料，分析了16年7月2日、18年7月9日兩次臭氧污染過程，對蘭州地區(qū)污染天氣的特征和過程進(jìn)行了分析研究并總結(jié)了蘭州地區(qū)臭氧污染類型天氣的特點。研究結(jié)果表明：(1)通過分析夏季蘭州的臭氧污染，結(jié)合污染天氣當(dāng)天各污染物的濃度趨勢以及風(fēng)速場、溫度場變化，得出蘭州市臭氧污染與NO2、CO 兩種主要污染物的濃度以及太陽輻射強(qiáng)度相互聯(lián)系，蘭州夏季臭氧污染時間周期短，持續(xù)污染能力較差，污染成分復(fù)雜，其污染過程主要集中在一天太陽輻射最強(qiáng)烈的時段。

　　關(guān)鍵詞：大氣環(huán)境;蘭州;臭氧;氣象場

　　0 引言[1]

　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，比重為空氣的1.66倍，常集聚在下層空間，其強(qiáng)烈刺激人的呼吸道，造成咽喉腫痛、胸悶咳嗽，引發(fā)支氣管炎和肺氣腫;造成人的神經(jīng)中毒，頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退;對人體皮膚中的維生素E起到破壞作用;破壞人體的免疫機(jī)能，誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體病變，加速衰老，致使孕婦生畸形兒等一系列健康問題。因此，大氣環(huán)境中臭氧濃度上升所造成的污染天氣必須引起人們的高度重視。

　　對于蘭州地區(qū)的污染過程，已經(jīng)有不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究工作，并得到了很多有意義的結(jié)果。王穎等運用CAMQ空氣質(zhì)量模式及WRF中尺度氣象模式，通過采用湍流閉合方案、混合層高度和湍流交換系數(shù)參數(shù)化方法等方面研究了WRF模式下不同邊界層參數(shù)化方案對模擬邊界層低層氣象要素特征的差異，驗證了CAMQ模式模擬山谷地區(qū)城市中空氣污染物的輸送、擴(kuò)散、消亡以及轉(zhuǎn)化的能力，給出了適應(yīng)蘭州地區(qū)的污染數(shù)值模擬方案，分析了蘭州地區(qū)O3、PM10、CO等主要幾種污染物的時空變化分布特征，以及高架污染源對蘭州地區(qū)空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)率;楊雪玲利用 11-16 年蘭州地區(qū)的污染物濃度資料分析了蘭州污染物濃度的時空分布規(guī)律，探討了風(fēng)速風(fēng)向、氣溫、降水等氣象要素對污染物濃度分布的影響，并研究了重污染過程中環(huán)流形勢和氣象條件的變化特征。因此利用數(shù)值產(chǎn)品ERA-interim 再分析資料，定量分析蘭州地區(qū)年際范圍內(nèi)不同類型的污染過程，進(jìn)而研究不同環(huán)流場、溫度場、風(fēng)場以及層結(jié)穩(wěn)定度，對污染物濃度的空間分布和時間變化的影響，以及探究蘭州地區(qū)全年不同類型污染事件發(fā)生發(fā)展的規(guī)律及特點。

　　蘭州市空氣污染多發(fā)，分析 1999、2000 年兩年的空氣污染指數(shù)的結(jié)果表明，蘭州平均的空氣污染指數(shù) AQI 年平均達(dá)到 239，是我國 42 個主要城市里空氣污染最為嚴(yán)重的城市，在 42 個主要城市的 AQI 年平均指數(shù)中，蘭州是唯一一個 AQI 年平均指數(shù)超過了200 的地區(qū)。蘭州地區(qū)的三大主要污染類型分布在不同季節(jié)，春季以沙塵暴和浮沉污染為主，夏季以臭氧等光化學(xué)煙霧污染為主，冬季以煤煙型污染為主。通過量化分析蘭州地區(qū)的空氣污染發(fā)生、發(fā)展及消亡的過程，得出蘭州地區(qū)空氣污染的主要形成原因及擴(kuò)散、消亡的特點，將對及時防災(zāi)減災(zāi)、提高人們生活質(zhì)量和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要現(xiàn)實意義;對空氣污染做出定量準(zhǔn)確的預(yù)報和監(jiān)測，將對制定預(yù)防人體健康危害的措施，具有顯著的科學(xué)價值和十分重要的實際意義;同時，依照研究的結(jié)論也將對對城市污染的治理，城市的管理規(guī)劃起到重要的支撐作用。

　　1 方法介紹

　　1.1 資料選取

　　ERA-Interim再分析資料是ECMWF繼ERA40資料之后推出的一套新的再分析資料，包含1979年至今的時段，與ERA40時段上有部分重疊(1989—2002年)，但在資料同化處理上有很大的進(jìn)步一是由原先的三維同化系統(tǒng)(3D VAR)變更為現(xiàn)今使用的四維同化系統(tǒng)(4D VAR);二是更新了同化模型，最新的綜合預(yù)報系統(tǒng)為IFS Cy45r1;三是提升了格網(wǎng)分辨率，水平格網(wǎng)能提供不高于0.75°×0.75°精度的數(shù)據(jù);四是應(yīng)用了更多的衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括：衛(wèi)星亮溫資料、GPS掩星資料、散射計資料，以及地面觀測資料。其地面資料獲取仍使用TESSEL過程(Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land)。ERA-Interim能夠提供不同氣壓位的多種氣象數(shù)據(jù)，由1000 hPa上升到1 h Pa高度，1000hPa至100 h Pa的壓強(qiáng)間隔為25 h Pa。數(shù)據(jù)時段包括00時、06時、12時、18時(世界時)，其中00時和12時為分析產(chǎn)品，06時和18時為預(yù)報產(chǎn)品。

　　1.2 資料使用方法

　　NCL(The NCAR Command Language)是一種專門為科學(xué)數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)可視化設(shè)計的高級語言，很適合用在氣象數(shù)據(jù)的處理和可視化上。NCL 包含了現(xiàn)代編程語言的許多常見功能：條件語句、循環(huán)、數(shù)組運算等。此外，NCL 還包括許多有用的內(nèi)置函數(shù)和過程用來進(jìn)行處理和操作數(shù)據(jù)，其中包括統(tǒng)計函數(shù)、插值、EOF 分析、波譜分析等

　　本文選用 ERA-interim 再分析資料提供的16年7月2日，18年7月9日的單日資料，運用 NCL 進(jìn)行可視化處理。再分析資料提供了當(dāng)日世界時 0時、6時、12時、18時的四次觀測資料，本文運用每個時間節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)對影響蘭州地區(qū)的風(fēng)場、溫度場進(jìn)行分析。運用統(tǒng)計分析軟件對蘭州市及各站點的O3、CO、NO2濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合NCL處理再分析資料得出的氣象場圖形資料，研究蘭州地區(qū)的各個污染過程。

　　2 16年7月2日臭氧污染過程分析

　　近年以來，臭氧污染頻繁發(fā)生，已經(jīng)成為主要環(huán)境污染的之一。臭氧是存在于大氣層中的抗氧化物和碳?xì)浠衔锏缺惶栒丈?，進(jìn)而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而形成的，其廣泛存在于人類生活的大氣層中，但是當(dāng)人類活動區(qū)域周邊的臭氧濃度超過一定范圍時，會造成光化學(xué)煙霧等污染。臭氧在空氣中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他組成成分，對它的科學(xué)研究尚不充分。本文選取2016年7月2日和2018年7月9日兩次典型臭氧污染過程，對蘭州地區(qū)的夏季臭氧特點進(jìn)行分析。

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