環(huán)境空氣中臭氧分布特征和超標(biāo)原因分析

環(huán)境空氣中臭氧分布特征和起標(biāo)原因分析雷堅志;劉久國【摘要】以湖南省某市2015年4個國控空氣自動站污染因子和氣象參數(shù)監(jiān)測結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析了臭氧的分布特征和超標(biāo)原因.結(jié)果表明，在4類不同的功能區(qū)中,工業(yè)區(qū)O3的月均濃度和日最大8小時滑動平均濃度均為最高;O3小時濃度的日變化呈單峰型分布，一般在8:00達到最低值,15:00達到最高值;O3小時濃度未顯現(xiàn)“周末效應(yīng)”的特征，即工作日和非工作日的變化規(guī)律基本一致;該市O3的生成與前體物NOx的關(guān)系密切;O3日均濃度和月均濃度與氣溫、日照時間成正比;與風(fēng)速變化關(guān)系不大.【期刊名稱】《四川環(huán)境》【年(卷)，期】2016(035)004【總頁數(shù)】5頁(P90-94)【關(guān)鍵詞】環(huán)境空氣;臭氧;分布特征;超標(biāo)原因【作者】雷堅志瀏久國【作者單位】婁底市環(huán)境監(jiān)測站,湖南婁底417000;婁底市氣象局，湖南婁底417000【正文語種】中文【中圖分類】X701湖南省某市根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3095-2012要求，積極開展環(huán)境空氣6因子自動監(jiān)測，2015年全年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該市環(huán)境空氣以顆粒物污染為主，其中細顆粒物超標(biāo)較可吸入顆粒物嚴(yán)重，兩者的超標(biāo)率分別為21.5%和8.7%;氣態(tài)污染物中，主要污染物為臭氧，超標(biāo)率為2.2%，超標(biāo)天數(shù)均集中在10月份；其余3項氣態(tài)污染物因子達標(biāo)率均為100%。本文有針對性地結(jié)合該市O3污染現(xiàn)狀和O3濃度時空分布特征，運用相關(guān)研究成果[1~10],具體分析O3超標(biāo)原因，為當(dāng)?shù)卣玫鼐珳?zhǔn)施策，采取有效措施控制O3污染，逐步改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。1.1監(jiān)測點設(shè)置該市位于湖南省中部，中心城區(qū)常住人口45萬左右，地理位置優(yōu)越，交通便利，屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候。雨量豐富，溫度適宜，四季分明，冬季少嚴(yán)寒，夏季多酷熱，秋季晴朗溫暖，春末夏初多雨成澇，盛夏初秋少雨多旱，其常年氣象參數(shù)統(tǒng)計見表1。該市共設(shè)有4個環(huán)境空氣自動監(jiān)測評價點，分別為市政府站點、市監(jiān)測站站點、市委黨校站點和漣鋼站點。該市空氣自動站點位分布圖見圖1。1.2監(jiān)測儀器和方法臭氧自動監(jiān)測采用宇星科技（深圳）發(fā)展有限公司YX—OAMS監(jiān)測儀，其方法為紫外光度法。1.3數(shù)據(jù)來源選取2015年全年該市4個環(huán)境空氣監(jiān)測點24h連續(xù)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的有效性滿足以下技術(shù)要求：1h平均濃度值至少有45min的采樣時間;8h平均濃度值至少有6h平均濃度值。1.4質(zhì)控/質(zhì)保為了確保環(huán)境空氣自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)真實、準(zhǔn)確，有效，采取以下質(zhì)量控制與質(zhì)量保證措施。一是監(jiān)測點位均符合國家技術(shù)規(guī)范要求；二是儀器維護人員和數(shù)據(jù)審核人員均持證上崗；三是嚴(yán)格按照國家技術(shù)規(guī)范對自動站房及自動采樣、分析和校準(zhǔn)儀器開展周巡檢、周校準(zhǔn)工作，確保儀器運行穩(wěn)定、正常；四是做好臭氧分析儀的量值溯源工作；五是每季度做好精密度檢查和準(zhǔn)確度檢查。O3空間分布特征分別對工業(yè)區(qū)（漣鋼）、商業(yè)區(qū)（市監(jiān)測站）、混合區(qū)（市政府）和文教區(qū)（市委黨校）4個功能區(qū)2015年10月的月均值和月最大O3-8h值進行統(tǒng)計，見圖2。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出工業(yè)區(qū)（漣鋼）2項指標(biāo)在4個功能區(qū)中均處于最高位。該功能區(qū)位于城市北部，周邊集中了一個大型鋼鐵廠和一家焦化企業(yè)，受企業(yè)廢氣污染可能是造成該點位。3濃度高的主要原因。O3小時濃度的日變化特征選擇該市10月1日至31日同一時段小時值均值，統(tǒng)計其日內(nèi)O3小時濃度的變化趨勢，具體見圖3。由圖3可以看出，O3小時濃度的日變化十分明顯，呈單峰型變化規(guī)律。從1~8時，O3濃度逐漸降低，在8時達到最低值；9時開始，O3濃度逐漸上升，在13-18時維持較高水平，其中15時為最高值，從19時開始，濃度又漸趨下降。以上結(jié)果說明，O3小時濃度的日變化與太陽輻射密切相關(guān)，白天濃度高，夜間濃度低。O3小時濃度在工作日和非工作日的變化特征考慮國慶假期的特殊性，選?。?015年10月10日、11日、17日、18日、24日、25日）共計6個周末同一時段的平均值代表非工作日O3的小時濃度，選取2015年10月12日至2015年10月30日之間的15個工作日同一時段的平均值代表工作日O3的小時濃度，分析O3小時濃度的日變化規(guī)律，具體見圖4。由圖4可以看出，工作日和非工作日，O3濃度的日變化規(guī)律基本相同，呈單峰型，沒有呈現(xiàn)〃周末效應(yīng)”。這一變化趨勢與美國加州［11］、上海［12］等城市的研究結(jié)果不同。這可能是由于該城市為小城市，不像大城市一樣人類活動在周末十分頻繁，因此未出現(xiàn)〃周末效應(yīng)”現(xiàn)象。O3濃度超標(biāo)原因分析大量研究表明，地表O3一部分來自平流層的輸入，大部分卻來自自然界（包括動植物）排放的碳水化合物和人類活動排放的NOx、NMHC和CO等臭氧前體物，這些前體物經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)可以促進低層大氣產(chǎn)生二次污染物O3，并可進一步引發(fā)城市光化學(xué)煙霧。本文重點通過研究臭氧前體物NOx與O3之間濃度變化的關(guān)系，以及氣溫、風(fēng)速和日照時數(shù)對O3濃度的影響等方面探討O3濃度超標(biāo)的原因。NOx與O3之間發(fā)生的主要化學(xué)方程式如下：2.4.1O3與NOx小時濃度的變化關(guān)系隨機選取1天（2015年10月15日）的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析O3和NOx小時濃度的變化關(guān)系，結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，O3和NOx小時濃度恰好呈現(xiàn)出相反的變化趨勢。這說明，作為O3的前體物，在一定的條件下，O3和NOx發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使兩者濃度呈現(xiàn)此消彼長的規(guī)律。2.4.2氣象條件對O3濃度的影響表2為O3日均濃度與風(fēng)速、氣溫和日照時間等氣象因子的逐日變化，表3為2015年1月~12月O3月均濃度與風(fēng)速、氣溫和日照時間等氣象因子的逐月變化。由表2、表3可知，。3日均濃度、月均濃度與氣溫、日照時間的變化趨勢基本相似，與風(fēng)速的變化關(guān)系不大，與周濤等［9］研究結(jié)果不一致。這主要是由于高溫、日照時間長往往是在晴朗的天氣下，光照充足，有利于臭氧前體物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧。2015年1月~3月、11月~12月，5個月的氣溫相對較低，日照時間相對較少，而O3月均濃度相比其他7個月也較低充分說明了這一點。風(fēng)速對臭氧濃度的影響不明顯，這可能是由于一方面，全市臭氧濃度是由4個評價點的監(jiān)測結(jié)果經(jīng)過加權(quán)平均所得，風(fēng)速在一般情況下只能使其下風(fēng)向評價點臭氧濃度升高，上風(fēng)向臭氧濃度下降，對全市臭氧的絕對濃度影響甚??；另一方面2015年10月的日平均風(fēng)速及2015年全年12個月的月平均風(fēng)速相差不大，對污染物擴散影響的程度差不多，因此對臭氧濃度的影響也較小。在不同的功能區(qū)，工業(yè)區(qū)臭氧的月均濃度值和日最大8h滑動平均值為最高，這主要說明工業(yè)廢氣排放是造成臭氧污染的主要原因之一。03小時濃度呈現(xiàn)明顯的單峰型日變化特征，從1時~8時，03濃度逐漸降低，在8時達到最低值；9時開始，03濃度逐漸上升，在13時~18時維持較高水平，其中15時為最高值，從19時開始，濃度又漸趨下降。以上結(jié)果說明，03小時濃度的日變化與太陽輻射密切相關(guān)，白天濃度高，夜間濃度低。03小時濃度在工作日和非工作日的變化趨勢基本一致，不呈現(xiàn)〃周末效應(yīng)”特征。03小時濃度的日變化與前體物N0x小時濃度的日變化呈負相關(guān)關(guān)系，表明該市臭氧污染與空氣中N0x的存在密切相關(guān)。03日均濃度和月均濃度與氣溫、日照時間的成正比；與風(fēng)速變化關(guān)系不大。03作為二次污染物，其濃度雖然與氣溫、風(fēng)速、日照時間等氣象因素關(guān)系密切，但減少其前體物如氮氧化物、揮發(fā)性有機物的排放量才是治本之策，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)建立03前體物對臭氧生成的〃貢獻率清單”，采取有效措施，尤其是在控制氮氧化物排放方面要精準(zhǔn)施策。【相關(guān)文獻】Harrison,R.M.,Stedman,J.,Derwent,D.Newdirections:whyarePM10concentrationsinEuropenotfalling[J].Atmos.Environ,2008,42:603-606.洪茂盛，焦荔，何曦杭州主城區(qū)03與前體物濃度變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2009,14(6):657-664.殷永泉，單文坡，紀(jì)霞，等.濟南市區(qū)近地面臭氧濃度變化特征[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006,29(10):49-52.劉明花.上海市地面臭氧濃度分析及多元非線性預(yù)報模式研究[D].上海:華東師范大學(xué)研究生碩士學(xué)位論文集，2009.段玉森，張懿華，王東方，等.我國部分城市臭氧污染時空分布特征[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2011,12(23):34-39.邵平，安俊林，楊輝，等.南京北郊夏季近地層臭氧及其前體物體積分數(shù)變化特征[J].環(huán)境科學(xué)，2014，35(11):4031-4043.王占山，李云婷，陳添，等.北京市臭氧的時空分布特征特征[J].環(huán)境科學(xué)，2014，35(12):4446-4453.SoKL，WangT.Onthelocalandregionalinfluenceonground-levelozoneconcentrationsinHongKong[J].EnvironmentalPollution,2003,123(2):307-317.張濤，陶俊，張展毅，等.2008年廣州夏季臭氧濃度分布特征及其能見度的相關(guān)性研究[J].廣州環(huán)境科學(xué)，2011，2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