曹姗姗

(辽宁省大连生态环境监测中心，辽宁 大连 116023)

近年来，在国家一系列强国政策引领下，辽宁省沿海经济带快速发展，营口市在发展传统老工业的同时大力发展高新技术产业。但大气污染问题,尤其是臭氧污染问题,也日益凸显。营口市作为辽宁省沿海城市，控制其臭氧污染，说清污染成因及传输路径变得越加迫切。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文所用O3浓度观测数据为国家空气质量监测网观测的营口市国控子站中学府南路子站的O3数据；后向轨迹应用的气象资料基于美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Pre-diction，NCEP)提供的全球资料同化系统(GDAS1)的数据。

1.2 后向轨迹模型介绍

后向轨迹法是研究污染空间输送特征的基本工具之一，它结合了大气的垂直和水平运动，分析具有不依赖污染物排放信息且容易掌握等优点，在污染物扩散、传输和沉降方面有相对完整的考量[1-2]，因而被广泛应用于大气污染输送与来源分析。

本文采用HYSPLIT模式(Hybrid single-particle lagrangian integrated trajectory model)，它是由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)与澳大利亚气象局联合研发的轨迹计算模式[3-4]，目前被国内外学者广泛应用。HYSPLIT模式可以结合实时的气象数据，模拟实现出任一点到达受体点位的气团运行轨迹，帮助解析污染传输路径和来源。

1.3 模型参数设置

本文后向轨迹计算时段为2020 年6月1日00:00-6月30日23:00，轨迹的受体点为营口学府南路点位(N40.66°，E122.24°)，为将研究范围界定在更大区域且涵盖二次衍生物的生成周期，轨迹计算时长设置为 48 h；为实现精细划分，空间分辨率设置为 0.25°×0.25°；为方便轨迹数据与O3小时浓度数据实现良好对应，时间分辨率设置为1 h；模型起始高度设置为 500 m，在这个高度上，可代表近地面污染物排放的特征及气流流动特征。

2 结果分析

2.1 超标轨迹分析

对2020 年6月营口市受体点的逐小时后向轨迹进行了模拟。由于轨迹数目较多，筛选其中污染影响较大的轨迹进行分析，参考营口市夏季臭氧平均浓度水平，将对应O3质量浓度超过 100 μg·m-3的轨迹定义为超标轨迹。图1给出了2020年6月营口市的轨迹，将超标轨迹标记为蓝色。由图1可见，超标轨迹主要来自西南方向，以山东省和京津冀西南部为主。

图1 2020年6月营口市超标轨迹

2.2 轨迹聚类分析

2020年6月营口市大气气团聚类结果如图2所示。由图2可见，夏季营口市以西南方向和东北方向污染输入为主。

图2 2020年6月营口市轨迹聚类

出现频率最高的为华北气团(27.92%)，从起源点经山东省(从西南方向)到达观测点位。此类气团来源地污染较重，携带污染较多，是重点的污染输入来源。其次，为东北气团，占23.89%，起源于黑龙江省，途径吉林省、内蒙古自治区。第三类为本地气团，占18.33%，起源于我省中部地区，运行速度较快从东北方向到达受体点。第四类为黄海气团，占15.56%，起源于朝鲜海峡，途径黄海由东南部进入。第五类为西北气团，共占14.31%，起源于蒙古，途经内蒙古自治区、辽宁省西部，从西北部到达受体点。

2.3 PSCF(O3潜在贡献因子)分析

PSCF 方法[5]利用污染轨迹与所有轨迹在途经区域停留时间的比值来表征每个区域对受体点的污染贡献，其用于识别外来输送潜在源区，PSCFif值高的网格被解释为潜在源区。将研究区分为i×j 个网格，每个网格PSCF 计算见公式(1)。

(1)

式中，nij为经过第ij个网格的所有轨迹数，mij为受体区域内经过网格ij的污染轨迹数目。本文结合营口市夏季臭氧质量浓度水平，将O3质量浓度阈值设定为 100 μg·m-3。PSCF 值越大，表明该区域中污染轨迹占比越高，对受体点污染贡献也越大，计算公式见公式(2)。

WPSCF=Wij×PSCF

(2)

由于PSCF 是一种条件概率，其误差会随网格和受体点位距离增加而增大，因此引入了权重函数Wij计算WPSCF 值[6-7]进降误差处理，见公式(3)。

(3)

其中，WPSCF值为0～0.3时标示为轻度污染，0.3～0.7标示为中度污染，0.7～1.0标示为重度污染。图3为营口市2020年6月臭氧潜在源区分布。由图3看出，臭氧潜在源区分布范围较小并且较为集中，中度污染-重度污染源区主要集中在山东省、辽宁省、河北省东部和南部地区。

图3 2020年6月营口市臭氧潜在源区分布

2.4 CWT(O3浓度权重轨迹)分析

CWT分析法[8]用于反应受点上游地区污染物浓度分布情况，它可以补充PSCF无法定量受体点质量浓度的缺点。CWT计算某时间段内经过单个网格的轨迹所对应的O3平均权重质量浓度。CWT计算公式为：

(4)

式中，CWTi是网格i的平均权重质量浓度，t代表轨迹总数，l代表轨迹，Cij代表网格ij中O3平均加权质量浓度，nij代表轨迹l在网格i的停留时间。

利用WCWT方法对营口市臭氧浓度进行分析，结果见图4。由图4可知，6月营口市WCWT较高值区主要集中在山东省、河北省南部，说明来自山东省和河北省南部地区的轨迹所对应的O3质量浓度权重最高。此外，来自辽宁省本地的轨迹权重也有一定贡献。

图4 2020年6月营口市臭氧WCWT分布

3 结论

从超标轨迹数来看，气团来源于西南和西北方向时，营口市的O3易超标；以山东省和河北省南部为主。

轨迹聚类表明，影响营口市臭氧浓度的气团主要来自华北和本地，并且对O3浓度贡献较高，分析可能为：来自华北地区的气团途经京津冀和山东等经济发达地区，大量的VOCs 与NOx等O3前体物和污染物被传输至本地，同时叠加本地排放影响后，导致营口市O3浓度较高。

PSCF分析表明，中度污染-重度污染源区主要集中在山东省、辽宁省、河北省东部和南部地区。

CWT分析表明，6月营口市WCWT高浓度区域主要集中在河北省南部和山东省，这说明来自河北省南部地区和山东省的超标轨迹对应的O3浓度权重浓度高，与此同时来自辽宁省本地的轨迹权重也有一定贡献。