大气化学网友请注意:石家庄封龙山重霾时测得臭氧浓度值偏高

2017-01-04 11:49

前两篇相关博文没有注意石家庄市的臭氧(O)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SO和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,常见地面监测站浓度很低,因为阳光微弱,石家庄其他7个站的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,NO、CO浓度都不算高,SO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,就浓度高还不能结论说那里一定光化学反应强烈,那里浓度偏高可能的别的来源。c)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和别的气体发生反应还原。所以封龙山和别的气体反应甚少,造成了一定的积累。d)地面监测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SO和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“气象后报”网站

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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