1、Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023气候变化对中国夏季臭氧影响胡安琪1，谢晓栋1，龚康佳1，侯宇晖2，胡建林1*(1 南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044;2 桐乡市气象局，嘉兴314000)摘要:气象条件对近地层臭氧(O3)的生成有重要影响 为了探讨未来气候变化如何影响中国不同地区的 O3浓度，本研究将全球耦合模式比较计划 CMIP5 提供的 CESM
2、 地球系统模式的气候预测数据作为 WF 区域气象模式的初始边界条件，降尺度模拟了 3 种代表情景(CP4.5、CP6.0 和 CP8.5)下的未来 2046 2055 年夏季气候变化情况，并驱动 CMAQ 区域空气质量模式模拟气候变化对 O3的影响 结果表明，气候变化使中国夏季边界层高度、温度均值和高温天数增加，相对湿度有所降低，近地面风速无明显变化 在气象要素的共同影响下，O3浓度在京津冀、四川和华南等地区呈现增加趋势，O3每日最大 8 h 滑动平均(MDA8)极值在不同情景下增幅为:CP8.5(0.7 g m3)CP6.0(0.3 g m3)CP4.5(0.2 g m3)夏季MDA8 超标
3、日变化与高温天数变化有较为相似的分布，MDA8 超标的发生与高温天气有密切关联 气候变暖背景下高温日数增加导致 O3极端污染事件增加，未来中国夏季 O3持续污染的可能性增加关键词:气候变化;浓度路径(CP);温度;臭氧(O3);区域差异中图分类号:X515文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1801-10DOI:1013227/j hjkx202203085收稿日期:2022-03-09;修订日期:2022-07-05作者简介:胡安琪(1995 )，女，硕士，主要研究方向为气候变化与大气污染，E-mail:20191212002 nuist edu cn*通信作者，E-
4、mail:jianlinhu nuist edu cnImpact of Climate Change on Summer Ozone in ChinaHU An-qi1，XIE Xiao-dong1，GONG Kang-jia1，HOU Yu-hui2，HU Jian-lin1*(1 Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology，Jiangsu Key Laboratory of Atmospheric Environment Monitoring and Polluti
5、onControl，School of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of Information Science Technology，Nanjing 210044，China;2 Tongxiang MeteorologicalBureau，Jiaxing 314000，China)Abstract:Meteorological conditions have important impacts on surface ozone(O3)formation To evaluate the influence
6、of future climate change on O3concentrations indifferent regions of China，this study employed the climate data from the community earth system model provided by the CMIP5 under the CP4.5，CP6.0，and CP8.5scenarios to generate the initial and boundary conditions for the WF model Then，the dynamic downsc
7、aling WF results were fed into a CMAQ model as meteorological fieldswith fixed emission data Two 10-year periods(2006-2015 and 2046-2055)were selected in this study to discuss the impacts of climate change on O3 The results showedthat climate change increased boundary layer height，mean temperature，a
8、nd heatwave days in China during summer elative humidity decreased and wind speed near thesurface showed no obvious change in the future O3concentration showed an increasing trend in Beijing-Tianjin-Hebei，Sichuan Basin，and South China The extreme valueof O3maximum daily 8-hour moving average(MDA8)sh
9、owed an increasing trend，following the order of CP8.5(0.7 g m3)CP6.0(0.3 g m3)CP4.5(0.2 g m3)The number of days exceeding the standard for summer O3had a similar spatial distribution with the heatwave days in China The increase in heatwave daysled to the increase in O3extreme pollution events，and th
10、e possibility of a long-lasting O3pollution event will increase in China in the futureKey words:climate change;representative concentration pathway(CP);temperature;ozone(O3);regional differences随着中国大范围的城市化和经济的快速增长，工业和人口密度较大的东部地区面临严重的空气污染问 题1 3 近 地 层 的 臭 氧(O3)和 细 颗 粒 物(PM2.5)是目前中国东部地区的主要大气污染物，对大气环境、生
11、态系统和人体健康都造成严重影响4，5 自 2013 年 9 月实行 大气污染防治行动 以来，中国的 PM2.5污染得到了明显改善，但近地层 O3污染却呈逐渐严重趋势6，7 在低纬度地区的部分城市，O3已经成为对人类活动影响最大的污染物之一8 10 近地层 O3是前体物氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)经一系列大气光化学反应生成的产物 气象条件，如温度(T)、相对湿度(H)、行星边界层高度(PBLH)和风速(WS)等气象条件对 O3的生成有重要影响6，11 13 王玫等14 基于2014 2017年京津冀 13 座城市的 O3浓度数据，发现夏季和秋季温度是影响 O3浓度变化的主要因素
12、针对夏季的高 O3浓度污染事件，Ma 等15 运用三维区域大气模式 WF(weather research and forecasting model)和CMAQ(community multi-scale air quality model)分析了气象要素与 O3浓度间的关系，发现高温对高 O3浓度污染事件具有推动作用 刘妍妍等16 基于观测数据对 2015 2020 年期间湖南省 14 个地级市 O3污染浓度的时空演化特征进行了分析，发现气象对O3浓度的上升起促进作用，其平均影响的程度达到了 1 g (m3 a)1气候变化将导致未来平均温度升高，但是温度环境科学44 卷的变化在区域上呈现很
13、大的差异性17 19 未来气候变化对不同地区 O3的影响是气象条件变化与排放特征共同作用的结果20 22 有研究发现，气候变化导致近地层温度变化，而温度变化间接通过影响边界层高度等改变低层 O3浓度23，24 政府间气候变化专门委员会(IPCC)基于更完善且分辨率较高的CMIP5(coupled model inter comparison project phase5)结果提出 4 个温室气体浓度情景，按低至高浓度排列分别为 CP2.6(低)、CP4.5(中低)、CP6.0(中高)和 CP8.5(高)其中 CP 表示浓度路径(representative concentration path
14、way)，数字后缀表示 2100 年相比于 1750 年的辐射强迫25 通过模拟CMIP5 不同路径情景下的 O3浓度变化，Sun 等26 的研究发现，在 CP8.5 路径下未来美国东部的 O3浓度将降低，西部的 O3浓度增加 Hou 等27 基于CP8.5 路径模拟后发现 2100 年高温热浪导致的高O3污染事件比 2001 年增加了约 25%Yahya 等28 经过对比后发现，CP8.5 路径下美国大部分地区O3浓度上升，而 CP4.5 路径下 O3浓度降低 Zhang等29 进一步研究发现 CP8.5 路径下因热浪，静稳大气以及两者的综合情景导致 2046 2066 年美国出现高 O3污
15、染的天数较 2001 2010 年平均多约16、0.5 和 5 d全球气候模式(GCM)已经被广泛应用于气候变化的研究和预测中 但是全球气候模型空间分辨率粗糙，无法很好地预测区域天气特征，不适合用于高分辨率的区域气候、空气质量和健康影响研究30 因此降尺度模拟被应用到区域气候变化及空气质量影响的研究中31，32 王莹等19 利用 CMIP5模式的结果作为侧边界数据驱动 WF 模式得到降尺度结果，然后与历史时期(1996 2005 年)的气温观测数据相比，发现在空间分布上有较高的吻合度，证实了降尺度方案可以为未来区域气温变化的预估提供较为可靠的数据 本研究使用 CMIP5 提供的CESM(com
16、munity earth system model)模式的预测结果为 WF 模式提供初始边界条件，降尺度模拟了2006 2015 和不同 CP 情景下 2046 2055 年的气象条件，再用得到的气候数据驱动区域空气质量模型 CMAQ，分析了不同情景下 O3浓度变化情况 本研究结果将帮助人们更好地理解并预测未来气候变化对中国 O3污染的影响，以期为在气候变化情景下持续改善 O3污染提供参考1材料与方法1.1数据介绍本研究使用 CMIP5 中的 CESM 版本 1 生成的全局偏差校正数据，数据来源于网站(https:/rdaucar edu/datasets/)该数据中所有变量都有 26 层，时间分辨率为 6 h，且提供历史(1951 2005 年)和未来(2006 2100 年)的 4 种典型浓度路径情景(CP2.6、CP4.5、CP6.0 和 CP8.5)该数据已经根据 Bruyre 等33 的方法使用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range WeatherFrecasts，ECMWF)1981 2005 年中期再分析资料(EA-Inte
