在大氣污染過程中，化學物質排放是内因，氣象條件是外因，影響着污染物的傳輸擴散、化學轉化、幹濕沉降等過程。本文綜述了中國近幾年關于天氣和氣候條件對PM2.5和臭氧污染形成過程影響的研究進展和相關領域未來研究的重點。

結果發現，目前關于天氣和氣候條件影響PM2.5的研究較為系統，能識别氣候因子、區域環流、局地靜穩天氣的配置關系，但對天氣和氣候影響臭氧污染的研究還較少。

随着社會經濟發展，中國以PM2.5（直徑小于等于2.5 μm并且能較長時間懸浮于空氣中的固體或液體狀态的細顆粒物）和臭氧污染（O3）為特征的複合型污染狀況嚴重。

PM2.5的危害有增加呼吸系統疾病、心腦血管疾病或其他非傳染性疾病的患病和死亡率，而且還會造成能見度急劇降低。而長期暴露在高O3環境下則會增加慢性阻塞性肺病、造成生态系統生産力下降、農作物減産等危害。

在大氣污染過程中，化學物質排放是内因，氣象條件是外因。其中，大氣污染物分為人為源和自然源排放。而氣象條件影響着污染物的傳輸擴散、化學轉化、幹濕沉降等過程。天氣條件與重污染天或重污染事件有着密切的關系，例如PM2.5重污染事件通常發生在靜穩氣象條件下、O3通常發生在高溫和幹燥等天氣。

除此之外，季風環流和全球變暖也對PM2.5和O3有着顯著影響。所以系統地認識天氣、氣候條件對大氣污染形成過程的影響，對防治重污染事件和制定空氣質量計劃有着重要的意義。

01

中國空氣污染現狀

中國的空氣污染是以PM2.5和O3為特征的複合型污染，大氣氧化性物種和PM2.5濃度高、多種污染物發生多種界面間的相互作用。在“大氣國十條”頒布以後，2013-2017年間，各種污染物排放下降21%～59%，與此同時74個重點城市年均PM2.5也有所下降。然而，2020的調查顯示168個地級及以上城市PM2.5和O3濃度仍遠超世界衛生組織的标準。下圖給出5個主要城市（北京、成都、廣州、上海、西安）PM2.5和 O3年均濃度在2014—2020年的逐年變化，PM2.5均呈現下降趨勢，而臭氧總體呈上升趨勢。

圖 2014—2020年中國5個主要城市PM2.5和日最大8 h平均臭氧濃度（MDA8 O3）年均值變化趨勢

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天氣條件對大氣污染形成的影響

近年随着重污染事件的爆發，國内相關人員就此展開了大量研究。

天氣條件對PM2.5污染形成的影響

局地氣象要素如溫度、相對濕度、風速等對污染的發生和維持有重要影響。溫度的升高不僅會影響污染物的化學反應速率，還會使得半揮發性的成分由顆粒态向氣态轉化。

此外，相對濕度過高也對污染物的形成有重要作用。目前不少研究都通過天氣分類的方法，利用T型斜旋轉主成分分析軟件，PM2.5濃度高的天氣型說明重污染更可能在此種天氣型中發生，以研究重污染天的天氣特征。

天氣條件對O3污染形成的影響

單一的氣象要素會影響近地面的O3濃度。例如，高溫會加快其化學生成速率以及增加BVOCs的排放、相對濕度與O3成負相關的關系、雲量也會通過改變到達地面的太陽輻射強度進而影響O3濃度。

除局地單一的氣象要素外，大尺度的環流場也會對地面O3濃度造成影響。也有一些研究通過客觀天氣分型的方法，發現當出現高壓、高溫、低濕、高邊界層高度等條件時，地面O3濃度較高。下圖展示了華北O3重污染事件的發生不是某個氣象要素起決定作用，而是多個氣象因素組成的天氣環流型協同影響的結果。

圖 華北地區O3重污染事件對應的典型天氣型及相關過程解釋示意

03

氣候因子對大氣污染的影響

目前有關氣候變化影響中國PM2.5污染的研究分為以下幾類：

1）基于再分析氣象場和觀測的PM2.5濃度的統計分析

2）再分析氣象場驅動全球化學傳輸模式的PM2.5長期變化模拟

3）污染物-氣候耦合全球模式的模拟

氣候因子對PM2.5污染形成的影響

在大尺度環流背景變化影響PM2.5的研究方面，已明确東亞季風強度的減弱導緻中國東部PM2.5濃度的增加。冬季風的減弱不利于污染物的擴散，而夏季風的減弱導緻PM2.5的堆積。

此外，海表面溫度、大地形、雪蓋和海冰等強迫因子能夠通過改變大氣環流對中國的大氣污染産生顯著影響。另外的一些研究也将中國東部PM2.5與青藏高原的增暖聯系起來，人為在西風帶背景下高原大地形東側背風坡可構成“避風港”效應。

利用全球大氣化學傳輸模式，在再分析氣象場的驅動下，PM2.5長期變化的模拟研究獲得了氣象場年際至年代際變化對中國東部PM2.5濃度影響幅度的定量表達。

研究表明，氣象場的年際變化與減排目标非常相近，說明在評估控制措施的有效性時需區分減排和氣象場的影響。在污染物-氣候耦合模拟研究方面，全球氣候模式的發展已能同步模拟氣相化學機制和大氣顆粒物的主要成分，此類模式被同時用于空氣質量和氣候中長期變化的研究。

氣候因子對O3污染形成的影響

目前關于氣候因子影響臭氧污染的研究相對較少，其中有些研究掩飾O3的年際變化與東亞夏季風的強弱有顯著的正相關關系。西太平洋副熱帶高壓較強時，會造成中國南部低溫高濕多雲、中國北部高溫低濕少雲的天氣，引起南部O3濃度下降北部O3濃度上升。

04

結 論

近幾年研究已經獲得了較為系統的關于天氣條件影響PM2.5和O3污染過程的認識。針對典型污染區域污染天氣特征的認識，已能構建污染天氣指數，用于判斷利于發生大氣污染的天氣并制定防控策略。

目前的研究能識别氣候因子、區域環流、局地靜穩天氣的配置關系，但關于氣候條件影響臭氧的研究還相對較少。

未來有可能的研究方向：

1）天氣和氣候條件對大氣氧化劑的影響；

2）影響PM2.5污染的主導氣候因子；

3）氣候因子通過多尺度大氣物理過程對O3污染的影響；

4）大氣污染物-氣候雙向反饋，定量評估未來大氣污染物的變化、對氣候的影響和響應。

論文全文發表于《科技導報》2022年第15期，本文有删減，歡迎訂閱查看。

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