重庆城区与郊区臭氧的对比及气象的相关性分析

2013-10-22余家燕

环境影响评价 2013年3期

刘萍，余家燕，黄伟，刘敏

（重庆市环境监测中心，重庆 401147）

臭氧在地气系统的物理化学变化中充当着重要角色，它在平流层吸收太阳发出的紫外辐射，不仅阻止了大量对人类和地球生态系统颇具杀伤力的短波辐射到达地面，而且改变了透入对流层太阳辐射的光谱分布［1］。然而随着重庆城市化快速发展，人类活动的不断增强，经济的迅猛发展，近地面的臭氧浓度不断上升，高浓度臭氧可以危害人体健康，破坏植被，造成农作物的减产［2］。本文对比了重庆城区与远郊地区臭氧的时空变化特征以及气象条件对臭氧的影响。

1 材料与方法

监测点位布设在缙云山（E：106°22.717′，N：29°49.697′，海拔为850m）国家级自然风景保护区内，作为重庆主城区的清洁对照点。另外一个点位在杨家坪（E：106°30.707′，N：29°30.984′，海拔为450m），位于重庆市九龙坡区环保局内，居商混合区，作为高密度人口臭氧监测代表点位。

监测仪器为法国ESA O342M型，监测方法为紫外光度法。

2 结果与讨论

2.1 臭氧浓度的日变化特征

缙云山、杨家坪两地臭氧的季节日变化特征见图1和图2。

图1 缙云山臭氧的季节日变化特征

图2 杨家坪臭氧的季节日变化特征

从图1和图2可以看出，按照常规的3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。从这4个季节来看，缙云山和杨家坪的趋势基本一致，夏季＞春季＞秋季＞冬季，这与其他地区的结果基本一致。从时刻变化上来看，2个站点的24h的浓度变化趋势基本一致，最大值一般出现在下午16：00～18：00。这说明重庆4个季节的臭氧变化形式基本一致，表现为夜间臭氧维持较低的浓度水平，白天由于光化学反应强烈造成臭氧浓度处于较高水平，4个季度均在16：00达到最大值。这说明在夜间氮氧化物浓度夜间积累到较高程度，日出后，NO2参与光化学反应使臭氧浓度增加，在午后达到极大值。夜间，一切光化学反应均被关闭，白天形成的臭氧因开始氧化NO为NO2而消耗［3］，因此夜间的臭氧浓度水平较白天低。

夏季臭氧浓度在2个测试地点都明显高于其他季节，这与夏季较强的太阳辐射而导致臭氧的光化学生成较快有直接关系。但是比较2个站点的夏季日变化曲线，主要有以下差异：第一，缙云山和杨家坪的最低质量浓度的不同，分别为0.07mg／m3和0.02mg／m3，而最高质量浓度分别为0.156mg／m3和0.099mg／m3，增长幅度为 0.086mg／m3和0.079mg／m3，这表明重庆城区杨家坪点位的光化学作用与臭氧的消耗都要高于缙云山；第二，杨家坪夜间的浓度水平较低，而缙云山夜间浓度水平较高。这说明杨家坪臭氧浓度依赖于臭氧的前体物NOx，VOCs，CO等，白天城区的NOx和VOCs的浓度水平较高，经过光化学作用生成臭氧，因此从图2可以看出，从上午9：00～16：00臭氧浓度逐渐增加，这段时间与光化学作用过程相吻合［4］。而缙云山从上午11：00开始臭氧持续增加，直至18：00达到最大值，持续时间为9h，出峰时间的严重滞后和积累时间的延长都表明缙云山还有其他重要来源。

2.2 臭氧浓度的月变化特征

缙云山、杨家坪两地臭氧监测点位月均值浓度变化趋势对比见图3。臭氧浓度月变化趋势特征见图3。

图3 臭氧监测点位月均值浓度变化趋势对比

图4 UV－A月均值浓度变化特征

从图3可以看出，缙云山与杨家坪点位均呈现6～8月臭氧浓度最高，12、1、2月臭氧浓度最低，春秋两季次之的单峰状总体趋势。臭氧浓度月变化趋势与太阳辐射的月变化趋势（见图4）也是一致的。重庆地区夏季气温高，光照强度较大，且日照时间长，而冬季阳光稀少，多阴雾天气的地理气候条件所致，因此在臭氧监测数据分析中呈现出一定的区域性时空季节特征［5］。

结合臭氧浓度的日变化特征和月变化特征，缙云山不管从小时浓度值还是月均值浓度都明显高于杨家坪点位，但是两者的变化趋势基本一致。这是因为缙云山点位作为重庆市远郊监测点位，海拔明显高于主城，日照时间长且强度更甚，而缙云山无明显污染源，车流量极小，因此臭氧耗损也较小。另外据有关文献报道［6］，植被排放的NMHC（主要是异戊二烯和萜烯类物质［7］）能够增加大气化学系统的活性，使氢自由基增加，促进了臭氧的生成，这也是天然臭氧的重要来源。缙云山这个点位植被覆盖率非常高，植被排放的NMHC较高，可以导致缙云山臭氧浓度明显比城区高。而杨家坪点位位于九龙坡区中心地段交通密集枢纽处，汽车尾气排放中的一氧化氮快速消耗了环境空气中的臭氧，导致杨家坪环境空气中的臭氧浓度较低，这与交通路边站臭氧浓度较低［8］情况是相符的。

2.3 臭氧与气温、UV－A的相关性分析

臭氧与气温、UV－A的相关性见图5，图6，图7。

图5 臭氧与气温的日变化特征图

图7 气温与UV－A的日变化特征图

从图5和图6可见，臭氧与气温之间存在较好的正相关性。在日变化规律中，臭氧的浓度随着气温的升高而增加，当温度达到最高温时，臭氧浓度也达到了最大值。图7可见，UV－A从早上太阳出来开始逐渐增强，一直到中午12点达到峰值，之后开始逐渐下降；而气温也随着太阳辐射的增加而升高，但是气温要比太阳辐射滞后2～3h。然而臭氧是在太阳辐射照射下发生光化学反应而产生的二次污染，因此臭氧、气温和UV－A的日变化规律都有很好的相关性，气温和UV－A可以作为影响臭氧污染水平的重要指标。臭氧和气温的相关性的方程为：y＝0.024 4x－0.664 6，相关系数R为0.93。这一研究结果与其他地区相似。

2.4 臭氧与湿度的相关性分析

臭氧与湿度的相关性分析见图8和图9。

图8 臭氧和湿度的日变化特征图

图9 臭氧与湿度的相关性

从图8和图9可见，臭氧浓度水平与湿度之间存在着较好的负相关性。在日变化中，随着湿度的逐渐降低臭氧浓度逐渐升高，当湿度达到日最低时，臭氧浓度达到峰值。当然湿度的变化与气温、UV－A都是息息相关的，湿度随着气温的上升而降低，当气温在下午14：00～15：00达到最高时，湿度较气温滞后1h达到最低值。臭氧与湿度的相关性可以用公式y＝－0.007 5x＋0.431 9来表示，相关系数R为0.92。