高蘭蘭 王德賢 張藍(lán)月 王永紅 王 琴 張春暉鐘敏文 徐 徐 趙曉韻 劉 群 羅 皓 陳 龍

(1. 貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站，貴陽 550081；2. 貴州省山地資源研究所，貴陽 550002；3. 貴州省環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550081；4. 貴陽市空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警中心，貴陽 550002；5. 貴州眾藍(lán)科技有限公司，貴陽 550081)

全球臭氧約有90%集中在平流層，另外10%在對流層。臭氧是平流層中天然大氣最關(guān)鍵的組分，臭氧濃度的峰值出現(xiàn)在距地面10～25 km處。平流層中的臭氧可吸收短波紫外輻射，減少對人類和動植物的傷害，是地球生命物質(zhì)的保護(hù)傘。對流層臭氧的存在不僅會影響大氣氧化性，而且由于臭氧的強(qiáng)氧化性，能參與多種大氣污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，并對人類、生態(tài)系統(tǒng)、城市建設(shè)等造成傷害。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外文獻(xiàn)調(diào)研

雷暴閃電產(chǎn)生臭氧是眾所周知的，已知它包括兩個(gè)基本的過程：其一是閃電產(chǎn)生大量氮氧化物，然后在空氣中VOCs和自由基參與下氮氧化物通過光循環(huán)反應(yīng)再產(chǎn)生臭氧；其二是閃電直接電離空氣中的氧分子從而產(chǎn)生臭氧。迄今大多數(shù)研究者都專注于前一種(NOx+VOCs)的光化學(xué)臭氧反應(yīng)機(jī)制，有的還強(qiáng)調(diào)閃電產(chǎn)生的氮氧化物比人類活動有更大的貢獻(xiàn)，例如 K. Sudo(2007)[1]通過全球數(shù)值模式計(jì)算認(rèn)為“在自由對流層，人類活動對O3生產(chǎn)的影響可能不那么明顯，因?yàn)閺牡乇磔斎氲娜藶榍绑w物有限，而閃電產(chǎn)生的氮氧化物貢獻(xiàn)更大?！毕啾容^而言，對于閃電直接產(chǎn)生的臭氧則研究不多，有的研究甚至認(rèn)為閃電并不直接產(chǎn)生臭氧[2]。

實(shí)際上上世紀(jì)中期以來國內(nèi)外不少研究都提到閃電直接產(chǎn)生臭氧的問題，大部分研究都肯定閃電過程中的電暈放電產(chǎn)生臭氧，但對于閃電的臭氧產(chǎn)生量估計(jì)存在較大的差異。K. Minschwanner等(2008)[3]在美國素以研究雷暴著名的新墨西哥礦業(yè)技術(shù)學(xué)院使用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)、O3探空儀、O3地面布陣等手段估算出一個(gè)5km范圍的對流層內(nèi)雷暴單體可產(chǎn)生1027～1028個(gè)O3分子(約等于105～106g)，并進(jìn)而推算出全球雷暴電暈放電產(chǎn)生的臭氧約為110 Tg/年(估值范圍為40 Tg/年～180 Tg/年)，此數(shù)值相當(dāng)于來自雷暴化學(xué)過程N(yùn)Ox產(chǎn)生的O3的21%，約等于對流層O3總化學(xué)產(chǎn)生率的3% 。另一項(xiàng)較為重要的雷暴產(chǎn)生臭氧的研究成果是德國學(xué)者在南美洲熱帶雨林對強(qiáng)雷暴進(jìn)行野外探測研究取得的，H.Bozem(2014)[4]使用多種地面和飛機(jī)、氣球等設(shè)備對強(qiáng)雷暴云體流入和流出的空氣臭氧、NOx、VOCs及其它有關(guān)成分進(jìn)行了取樣探測，結(jié)合氣象衛(wèi)星遙感資料和積云動力學(xué)的研究方法得到的估算結(jié)果是：每次閃電可產(chǎn)生5.12×1028個(gè)O3分子(9.89×1026～9.82×1028)，這一估計(jì)值比 K. Minschwanner等[3]的估計(jì)值高約5倍。

許多關(guān)于閃電和臭氧關(guān)系的進(jìn)一步研究成果都指出雷暴閃電產(chǎn)生O3和NOx的機(jī)制是截然不同的。Donohoe 等[5](1977)測量了來自脈沖放電的NOx (包括NO和NO2)、N2O和O3，所使用的電力設(shè)備分別產(chǎn)生冷放電(低溫電暈)和熱放電(高溫電弧)，他們指出：主要的NOx來自熱放電而O3和N2O來自冷放電；Peyrous等[6](1982)通過一個(gè)更大型的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Donohoe等的工作，他指出O3主要來自低溫的預(yù)放電而NOx來自高溫放電；Levine等(1981)[2]則在一次大型放電(104J)中實(shí)測到所有的NOx都是在沒有O3存在的情況下來自NO，所測得的NOx生成率是每焦耳生成5×1016個(gè)分子，全部來自NO。

Saunois等[7](2008)使用二維模式模擬非洲季風(fēng)時(shí)期的臭氧輸送結(jié)果表明，赤道地區(qū)地表的臭氧前鋒在強(qiáng)雷暴深對流的作用下向上輸送，然后在 Hadley環(huán)流的上部區(qū)域被提升進(jìn)入熱帶輻合帶的緯向平流輸送中。這種季節(jié)性跨緯度的高空遠(yuǎn)距離輸送可能是中東至東亞春季對流層臭氧的一部分來源。

1.2 國內(nèi)文獻(xiàn)調(diào)研

國內(nèi)有關(guān)研究文獻(xiàn)不多，費(fèi)蕾蕾[8](2017) 對廣東-香港區(qū)域雷暴閃電活動地區(qū)地面NOx和O3進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)閃電主要是增加了NOx，閃電發(fā)生地區(qū)的地面O3則顯著減少。在實(shí)施人工引雷實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)引雷前可能由于周圍雷暴云內(nèi)電暈放電導(dǎo)致的O3增加，還發(fā)現(xiàn)引雷后O3濃度下降，作者認(rèn)為可能與閃電產(chǎn)生的氮氧化物對O3的“滴定”衰減有關(guān)。

葉香等[9](2017)報(bào)道并分析了一次冷鋒過境與城市高濃度臭氧污染產(chǎn)生的聯(lián)系，認(rèn)為鋒面雷暴閃電可能是城市夜間大面積臭氧產(chǎn)生的原因。

2 雷暴閃電產(chǎn)生臭氧的遠(yuǎn)距離輸送

2.1 Hadley環(huán)流的跨緯帶輸送

除了Saunois等的數(shù)值模式研究以外，一些研究報(bào)告還根據(jù)衛(wèi)星遙感監(jiān)測資料提出對 Hadley環(huán)流遠(yuǎn)距離輸送閃電臭氧的解釋[10]。

圖1 是臭氧的全球分布。全球地面臭氧大量集中在30°N附近，主要與北半球中緯度陸地面積大、植被和人類工業(yè)活動多有關(guān)。但地面臭氧還有其他來源，雷暴閃電就是一個(gè)不能忽略的方面。圖2是全球閃電的分布。

從雷暴和臭氧全球的大尺度分布情況看，圖1中阿拉伯半島上的臭氧高值區(qū)可能和圖2中撒哈拉沙漠以南的閃電高值區(qū)有關(guān)；第二個(gè)閃電與臭氧的關(guān)聯(lián)區(qū)是印度尼西亞、馬來半島、印支半島的閃電高發(fā)區(qū)—中國中東部和日本一帶的臭氧高值區(qū)；第三個(gè)關(guān)聯(lián)區(qū)是南美洲北部閃電高發(fā)區(qū)—大西洋臭氧高值區(qū)。這三個(gè)區(qū)域關(guān)聯(lián)可能與北半球大氣環(huán)流中 Hadley環(huán)流有關(guān)。

圖1 臭氧年均濃度的全球分布 (單位：ppbv/年)

圖2 閃電的全球分布

Hadley環(huán)流是半球大氣三圈環(huán)流中赤道低壓帶—副熱帶高壓帶之間的垂直環(huán)流圈，見圖3。赤道低壓帶上盛行上升氣流，在中緯度副熱帶高壓帶盛行下沉氣流。在赤道低壓帶的南美洲北部、非洲北部和印尼—馬來半島—印支存在大片閃電多發(fā)區(qū)。大量閃電產(chǎn)生的臭氧在強(qiáng)烈的上升氣流中進(jìn)入高空，又隨高空西南風(fēng)向下風(fēng)方向傳輸數(shù)千公里到達(dá)30°N附近的哈得來環(huán)流下沉氣流區(qū)，由于臭氧氣體的比重大于空氣，在副熱帶高壓區(qū)就更容易下沉。見圖4。

圖3 三圈環(huán)流模式赤道輻合帶和哈德來環(huán)流的副熱帶下沉氣流區(qū)

(閃電高值區(qū)Hadley環(huán)流高空輸送 )圖4 臭氧的跨緯度帶輸送

2.2 雷暴云環(huán)流的臭氧輸送

大量閃電臭氧是被云內(nèi)上升氣流和對周圍空氣的夾卷等動力過程攜帶到高空，經(jīng)過高空水平氣流向下風(fēng)向輸送101km～102km，再經(jīng)雷暴系統(tǒng)外圍的補(bǔ)償性下沉氣流帶至地面，見圖5-1、5-2。

圖5-1 雷暴云環(huán)流的氣流分布(+為上升氣流 —為下沉氣流)

圖5-2 強(qiáng)雷暴云環(huán)流的氣流分布

臭氧由于其氧化活性和易分解性，在對流層下層通常的環(huán)境條件下半衰期約為幾十分鐘至幾小時(shí)。尤其在還原性物質(zhì)較多和環(huán)境溫度較高時(shí)臭氧的衰變很大[11]。因此在討論城市大氣臭氧的來源時(shí)，關(guān)于遠(yuǎn)距離傳輸問題，我們主要關(guān)注區(qū)域性強(qiáng)雷暴閃電的高空環(huán)流輸送。

印度學(xué)者Chandrakala Bharali等[12](2015) 通過豐富的資料分析論證，指出在印度東北部喜馬拉雅山南麓春夏兩季地面的臭氧來源除了光化學(xué)機(jī)制以外，雷暴閃電有著重要貢獻(xiàn)，并且認(rèn)為對地面臭氧增量起作用的主要是閃電的位置而不是閃電強(qiáng)度，春季夜間的O3高值主要來自適當(dāng)位置地區(qū)的雷暴。

圖6是Chandrakala Bharali等通過給出的地面臭氧濃度與遠(yuǎn)距離雷暴閃電的關(guān)系。他們認(rèn)為在雅魯藏布江河口附近的閃電臭氧主要來自西南孟加拉國方向。

圖6 雅魯藏布江河口2012-2014年臭氧濃度的加權(quán)軌跡簇分析圖(上：春季，下：夏季) (濃度單位：ppb)

3 貴州臭氧污染和雷暴閃電的初步關(guān)聯(lián)分析

鑒于大氣環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測記錄都只能代表點(diǎn)位附近一個(gè)很小的區(qū)域，而臭氧具有很大的化學(xué)活性，在大氣中具有很大的時(shí)-空變化，因此在考察區(qū)域性的臭氧分布時(shí)最好有多個(gè)監(jiān)測站的資料，使之有較好的區(qū)域代表性，我們選擇貴陽市對這一特征進(jìn)行粗略的分析。表1是貴陽市國控監(jiān)測站2016-2018年最大8小時(shí)臭氧(O3-8)超標(biāo)日期間省內(nèi)外雷暴出現(xiàn)情況，測站中有一個(gè)出現(xiàn)O3-8160 μg/m3即算一個(gè)臭氧超標(biāo)日。雷暴閃電資料取自ADTD雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

表1的數(shù)據(jù)表明：2016-2018年貴陽市共出現(xiàn)最大8小時(shí)臭氧超標(biāo)日45天，其中伴有周圍數(shù)百公里內(nèi)存在區(qū)域性強(qiáng)雷暴的有43天，占比95.6%；貴州省內(nèi)及周圍省市均無閃電發(fā)生的有2天，僅占4.4%。這個(gè)對比應(yīng)該是明顯的，它表明：如果貴陽市附近存在區(qū)域性雷暴的大面積閃電，在城市本身空氣臭氧已達(dá)較高水平時(shí)，閃電區(qū)域產(chǎn)生的大量臭氧經(jīng)過長距離傳輸可能疊加進(jìn)來，導(dǎo)致城市臭氧濃度超標(biāo)，出現(xiàn)以臭氧為主要污染物的城市空氣污染。

表1 貴陽市2016-2018年最大8小時(shí)臭氧超標(biāo)(站)日附近區(qū)域雷暴出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)

4 貴州省閃電的一般特征

4.1 貴州雷暴閃電的基本統(tǒng)計(jì)

4.1.1 總閃電次數(shù)

使用2015年8月——2018年4月共32個(gè)月ADTD雷電定位系統(tǒng)的資料對貴州省的雷電發(fā)生情況進(jìn)行了時(shí)空分布的分析。

貴州省全年閃電總次數(shù)為418474次，平均每100 km2閃電237.5次。強(qiáng)對流雷暴天氣的產(chǎn)生主要是豐富的太陽輻射熱量供應(yīng)、水汽供應(yīng)與強(qiáng)烈對流抬升的地形條件。表2是貴州省各地區(qū)閃電總次數(shù)比較，以銅仁市、黔西南州和黔東南州較多，主要是由于這幾個(gè)地區(qū)是暖濕空氣進(jìn)入貴州省的主要通道，而且沿途地形抬升劇烈，容易產(chǎn)生強(qiáng)對流雷暴天氣。畢節(jié)地區(qū)閃電較少的原因則主要是地勢高，熱力條件較差，水汽供應(yīng)條件也比其他地區(qū)差一些。中部地區(qū)地處相對破碎平緩的苗嶺山地，強(qiáng)對流發(fā)展條件稍差?？偟恼f，貴州省內(nèi)的閃電發(fā)生情況并沒有太大的差別。

表2 貴州省各地區(qū)閃電次數(shù)

4.1.2 貴州省的閃電次數(shù)與國內(nèi)外其它地區(qū)的比較

表3是貴州省與國內(nèi)外其他地區(qū)閃電資料的比較，可以清楚地看出越向內(nèi)陸、緯度越高以及地形越均勻的地區(qū)，閃電次數(shù)就越少。貴州各地的閃電在全國內(nèi)陸城市比較起來，屬于多發(fā)區(qū)。

表3 貴州省閃電次數(shù)與國內(nèi)外其他地區(qū)的比較(2015.8-2018.4)

從表3也可以推論：貴州省空氣臭氧來自雷暴閃電的貢獻(xiàn)比國內(nèi)其他城市多，因此在研究城市臭氧的預(yù)報(bào)方法及污染防控對策時(shí)應(yīng)特別注意。

4.2 貴州省閃電頻率的地區(qū)分布

圖7是2016-2018年貴州省各季節(jié)和全年平均的閃電分布情況，每個(gè)季節(jié)都各有其特點(diǎn)。雷暴的多少主要和冷(暖)空氣進(jìn)入貴州路徑和抬升地形的坡度有關(guān)。春季主要是冷空氣從江漢平原向西南進(jìn)入貴州銅仁和黔東南地區(qū)的冷鋒系統(tǒng)；其次是從廣西北上的南方暖濕氣流進(jìn)入貴州黔西南地區(qū)的暖鋒系統(tǒng)；兩種鋒面經(jīng)貴州高原地形抬升而發(fā)展強(qiáng)對流天氣，造成系統(tǒng)性的雷暴天氣。夏季的雷暴主要是云貴高原地形起伏和太陽輻射加熱地面不均勻造成的地方性雷暴；貴州城市的另一種閃電影響則來自云南、廣西發(fā)展的大片區(qū)域性雷暴。

圖7 貴州省各季節(jié)及全年閃電頻率的分布(10 km×10 km網(wǎng)格)

4.3 貴州省閃電的高度分布

圖8-1～8-2是一組強(qiáng)對流風(fēng)暴區(qū)出現(xiàn)在平流層-電離層的閃電(等離子輝光放電)圖像。這些資料表明在對流層之上的平流層甚至電離層內(nèi)都可受到對流層雷暴放電過程的影響而發(fā)生閃電活動。我們使用ADTD雷電定位系統(tǒng)的資料對貴州省的閃電發(fā)生高度進(jìn)行了不同地區(qū)不同季節(jié)的分析。發(fā)現(xiàn)本省閃電大部分都發(fā)生在20 km以上的平流層—下部電離層高空。

圖8-1 貫穿對流層頂進(jìn)入平流層的強(qiáng)雷暴云上部閃電

圖 8-2 被稱為“紅色精靈”的平流層—電離層閃電

貴州省閃電發(fā)生的高度見表4和圖9。發(fā)生在對流層的占41.4%，在平流層(臭氧層)的占25.9%，在電離層的占32.6%；可見將近60%的閃電是發(fā)生在對流層以上的平流層-臭氧層-電離層內(nèi)。

表4 各地區(qū)閃電發(fā)生高度及次數(shù)占比統(tǒng)計(jì)

圖9-1 貴州省各地區(qū)各高度閃電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)

圖9-2 貴州省各地區(qū)各高度閃電占比的統(tǒng)計(jì)

以上分析表明：我省大量閃電產(chǎn)生的臭氧可能主要是在20 km以上的平流層生成的，其輸送也主要是在高空進(jìn)行，這也部分地解釋了閃電造成的臭氧往往是對遠(yuǎn)距離外造成增量貢獻(xiàn)而在近距離內(nèi)的貢獻(xiàn)并不明顯(當(dāng)然還有雷暴區(qū)的降雨吸收衰減影響)。

4.4 貴州省閃電強(qiáng)度

閃電按其先導(dǎo)所帶電荷不同而具有極性，一般是負(fù)閃電多于正閃電，但正閃電由于其分支多于負(fù)閃電(見圖10)而產(chǎn)生的空氣電離產(chǎn)物可能更多。Venkanna等[13](2016) 認(rèn)為典型的閃電是一對偶極子，在云的上部都是正閃電，云的下部都是負(fù)閃電。

圖10-1 貴州各季節(jié)強(qiáng)閃電(負(fù))次數(shù)分布

圖10-2 貴州各季節(jié)強(qiáng)閃電(正)次數(shù)分布及示例

閃電強(qiáng)度可用回?fù)舴逯祻?qiáng)度(10KA)來度量，貴州閃電強(qiáng)度平均約±30×10 KA，為討論方便，我們將|100×10 KA|(包括正、負(fù)值)的閃電定為強(qiáng)閃電，初步估計(jì)強(qiáng)閃電占總閃電之比約為10%。

圖10-1是各季節(jié)及全年貴州強(qiáng)負(fù)閃電強(qiáng)正閃電的分布。

由圖10-1可見：強(qiáng)閃電無論正負(fù)都在畢節(jié)地區(qū)出現(xiàn)較多，其次是東部地區(qū)。值得注意的是：貴州省臭氧濃度的高值區(qū)常常不是強(qiáng)閃電多發(fā)區(qū)而是在其高空風(fēng)的下風(fēng)方向。

圖11表明貴州省臭氧濃度在黔北、黔中和西部地區(qū)較高，而強(qiáng)閃電多出現(xiàn)在黔西北和黔東南。這意味著平均而言，無論是總的閃電次數(shù)(圖9)還是強(qiáng)閃電次數(shù)高值區(qū)(圖10)，與臭氧高濃度區(qū)都不存在很好的對應(yīng)關(guān)系。

由此，我們認(rèn)為：雖然貴州城市臭氧的高濃度有來自附近雷暴閃電活動的貢獻(xiàn)，在一些地區(qū)臭氧超標(biāo)的極端個(gè)例中絕大多數(shù)都有雷暴閃電的背景(見上文)。

5 雷暴閃電與城市空氣臭氧關(guān)系的個(gè)例分析

通過全省一些高濃度臭氧個(gè)例和對應(yīng)雷暴閃電過程的調(diào)查分析，可以發(fā)現(xiàn)兩者的時(shí)間-空間聯(lián)系。

5.1 2017年8月10日黔中地區(qū)臭氧高濃度個(gè)例

2017年8月10日從09時(shí)開始延續(xù)到20時(shí)，貴陽-遵義-仁懷一帶的黔中地區(qū)出現(xiàn)了一次區(qū)域性的臭氧污染過程，圖12是當(dāng)天貴州省各城市最大小時(shí)濃度分布。黔中地區(qū)和畢節(jié)地區(qū)的局部都出現(xiàn)較高的臭氧濃度。與此同時(shí)整個(gè)白天貴州省出現(xiàn)大面積的強(qiáng)雷暴活動，見圖13 。但臭氧高濃度區(qū)與強(qiáng)閃電區(qū)并不重合，例如黔東南和黔西南有較多閃電但臭氧并不高。

圖12 2017-8-10黔中地區(qū)臭氧污染情況

圖14分別給出了2017-8-10高臭氧時(shí)段貴州省地面以上10 km和50 km的閃電位置，可以看出此次雷暴閃電活動以清鎮(zhèn)-安順-黔西南片區(qū)和黔東南片區(qū)為主，但50 km以上平流層的閃電以清鎮(zhèn)-安順-黔西南片區(qū)為主，黔東南很少。因此黔中片區(qū)來自閃電的臭氧貢獻(xiàn)可能主要與清鎮(zhèn)-安順-黔西南的雷暴活動有關(guān)。此次過程中貴陽市區(qū)有8個(gè)測點(diǎn)O3-8超標(biāo)，見表5。從表5的對比可以發(fā)現(xiàn)在貴州山區(qū)夏季強(qiáng)雷暴活動期間，臭氧濃度得到很大的增量而氮氧化物則基本未發(fā)生變化。這一情況和參考文獻(xiàn)[8]在廣東得到的閃電期間附近氮氧化物增加而臭氧減少的結(jié)果顯得互相矛盾。說明城市環(huán)境臭氧問題相當(dāng)復(fù)雜，需要今后大家共同努力去解決。

圖14 2017-8-10 09:00～19:00貴州省10 km以上和50 km以上高空閃電

表5 貴陽市2017年8月10日O3和NO2濃度與2016-2018年平均值比較

5.2 2017年9月19日貴州西部-中部-東南部大片地區(qū)臭氧高濃度個(gè)例

2017年9月19日貴州西部-中部-東南部出現(xiàn)大片帶狀臭氧高濃度區(qū)，濃度并不很高(見圖15)，在90～140 μg/m3之間，出現(xiàn)時(shí)間主要在13時(shí)-17時(shí)。在同一地帶由于冷鋒進(jìn)入出現(xiàn)了降溫和降水，同時(shí)還有大片雷暴區(qū)，從清晨05時(shí)到下午19時(shí)全省共出現(xiàn)閃電68 349次，其中貴陽市共發(fā)生閃電2 418次(見圖16)。此次雷暴過程面積大，持續(xù)時(shí)間長，臭氧高濃度區(qū)和雷暴集中區(qū)域?qū)?yīng)較清楚。表明地面臭氧的增量主要來自當(dāng)?shù)氐睦妆╅W電，而且主要與50 km高空的閃電有關(guān)。

圖15 2017-9-19貴州省最大臭氧小時(shí)濃度分布

圖16-1 2017-9-19 05時(shí)-19時(shí)貴州省閃電次數(shù)(10 km×10 km網(wǎng)格)

圖16-2 2017-9-19 05時(shí)-19時(shí)貴州省50 km以上高空閃電(10 km×10 km網(wǎng)格)

5.3 2017年6月6日貴州-云南交界地區(qū)的高濃度臭氧個(gè)例

2017年6月6日位于滇黔交界烏蒙山主峰附近的威寧縣(海拔2400 m)城市國控監(jiān)測站出現(xiàn)了接連7小時(shí)的臭氧小時(shí)濃度極高值，從62 μg/m3急劇升至628 μg/m3(見圖17)?？紤]到這種局地臭氧高濃度飆升一般都與附近強(qiáng)大的臭氧排放源有關(guān)，我們調(diào)查了貴州、云南、四川、重慶和湖南的強(qiáng)對流天氣活動情況，發(fā)現(xiàn)在距離威寧西南方200 km～300 km以外的云南昆明、楚雄、玉溪區(qū)域從當(dāng)天02時(shí)-09時(shí)有大片強(qiáng)雷暴發(fā)展，與圖17上威寧的圖18是當(dāng)天02時(shí)-09時(shí)云、貴、川等5省區(qū)閃電的情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)天周邊雷暴天氣活動不強(qiáng)，湖南方向的閃電主要在對流層；只有云南昆明、楚雄、玉溪區(qū)域有高層閃電活動，有利于平流層內(nèi)的西南氣流向威寧方向輸送。

圖17 2017年6月6日威寧臭氧小時(shí)濃度曲線

O3濃度劇烈升高基本同步。

圖18-1 2017年6月6日云貴川區(qū)域?qū)α鲗娱W電

圖18-2 2017年6月6日云貴川區(qū)域平流層閃電

圖18-3 2017年6月6日云貴川區(qū)域整層閃電

此外需要考慮的是，威寧縣的空氣臭氧還可能來自大批風(fēng)電場發(fā)電機(jī)和高壓放電設(shè)備。根據(jù)我們的調(diào)查分析，來自風(fēng)電場的臭氧貢獻(xiàn)在威寧縣國控點(diǎn)監(jiān)測值時(shí)間序列上表現(xiàn)得很平穩(wěn)，沒有明顯的時(shí)間起伏；尤其在02時(shí)-09時(shí)這個(gè)平時(shí)是臭氧最低的時(shí)段，不可能出現(xiàn)如此高的數(shù)值飆升；因此我們初步認(rèn)為圖17的過程是高空上風(fēng)向大片強(qiáng)雷暴閃電造成的。

6 結(jié)論

(1)貴州城市臭氧形成污染，往往有強(qiáng)雷暴活動的背景(占比可超過95%)。

(2)對貴州城市臭氧污染造成影響的雷暴活動既有貴州本地的，也有附近云南、四川的，其遠(yuǎn)距離傳輸影響距離大約為200 km～300 km。

(3)產(chǎn)生大量臭氧的閃電放電過程可能主要來自地面以上20 km～50 km的雷暴云上部以及50 km～100 km的平流層-電離層。

(4)粗略的估算表明：一個(gè)區(qū)域性強(qiáng)雷暴系統(tǒng)可以對其下風(fēng)向幾十至幾百公里外的城市產(chǎn)生幾十μg/m3的臭氧濃度貢獻(xiàn)，從而導(dǎo)致城市臭氧濃度超標(biāo)。