本文利用2013 年6 月至2015 年10 月北京南苑观象台两年多午后臭氧探空资料,初步分析了北京城区大气混合层内臭氧浓度的垂直分布规律以及典型天气条件下大气边界层臭氧的变化特征.主要结果有:(1)季节平均而言,地表至对流层中部(8 km)的臭氧浓度在夏季最高,冬季最低,相差50～130μ g·m-3,最大差异在边界层.总体而言,对流层臭氧浓度随高度有比较缓慢的增加,但是边界层内臭氧浓度的垂直结构随季节有比较大的差异:夏季混合层中部存在一个臭氧浓度极大值,这与夏季比较强的光化学生成臭氧有关;而在冬季地面臭氧浓度很低,平均值小于40 μg·m-3,说明冬季地面是臭氧很强的汇.(2)臭氧浓度季节内变率的季节差异也十分明显,夏季最大、冬季最小.季节内变率在从边界层向自由对流层过渡区域最小(夏季为24μg·m-3,冬季仅为 10μg·m-3),在边界层内变率较大,夏季可达64μg·m-3(冬季为30μg·m-3),这也说明边界层化学过程明显影响臭氧浓度的变化.(3)我们从所有白天样本中严格筛选了部分混合层样本,并把臭氧浓度在由混合层向自由大气过渡时的垂直分布分成了三类,即臭氧浓度随高度增大(Ⅰ型)、减小(Ⅱ型)以及基本稳定不变(Ⅲ型);臭氧垂直结构类型有明显的季节特征,夏季主要是Ⅱ型,而冬季则以Ⅰ型为主.(4)此外,我们还针对一些典型天气过程(强风、静稳雾天和PM2.5污染)边界层内臭氧的变化特征进行了分析,结果表明:强风切变产生的机械对流引起的充分混合,有利于高层臭氧向低层输送,使得混合层内臭氧浓度的垂直梯度明显减小,同时混合层高度较高,达3 km以上;在高湿度静稳天气控制下,大气混合层较稳定,对北京上空污染物的垂直扩散十分不利:颗粒物浓度升高,削弱到达近地层的太阳辐射,从而降低臭氧的生成效率,混合层内臭氧浓度与混合层厚度都处于较低水平.
北京城区 边界层 臭氧探空 混合层