环境空气质量臭氧浓度与气象条件相关性研究
2015-03-17王国强
王国强
(渭南市环境保护监测站 陕西渭南 714000)
某市地处西部内陆地区,属暖温带半湿润半干旱季风气候,冬季严寒,夏季高温。年日照时数2009h~2528.1h,年均气温11.5℃~13.6℃。机动车保有量77万辆(含摩托车)。中心城市建成区面积40km2,人口40余万人。
1 数据来源、监测方法与质量保证
环境空气质量自动监测设三个控制站点,24小时监测PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3和 CO六个指标,2014年 1~5月未发生 O3~8h污染,2014年6月相继有14天首要污染物为O3-8h,其中7天O3-8h出现超过二级标准160ug/m3现象,7月17天首要污染物为O3-8h,未出现超标现象,6月数据较为典型。
NO2、CO和O3监测分别使用美国API公司的T200、T300、T400仪器,分析方法依次为化学发光法、非分散红外吸收法和紫外荧光法。动态校准仪和零气发生器为杭州聚光公司的AQMS-200和AQMS-100型仪器。
对三个控制点监测仪器的运维及质量控制按照日监视、周巡检要求进行。6月每个点共进行4次巡检,在上午臭氧浓度较低时进行仪器的校零、校标,仪器响应时间最长4min达到设定浓度90%以上,更换进气口颗粒物过滤膜3次。动态校准仪进行流量校准3次,符合质控要求。
气象参数日最高气温(℃)、气压(hPa)、风速(m/s)、相对湿度(%)、能见度(km)由当地气象部门提供。
2 数据分析结果与讨论
2.1 三个控制点日最大O3-1h浓度值出现时间段统计
根据6月三个控制点日最大O3-1h浓度值数据(见表1),日最大O3-1h浓度值在不同时段出现相同值重复计算,显示日最大O3-1h浓度值各个点位出现时段基本一致,最早在12:00即出现,最晚在19:00出现,集中出现在15:00~18:00之间,频率占到最大值的80%。
表1 三个控制点日最大O3-1h浓度值出现时间段统计
2.2 三个控制点日最大O3-8h浓度变化
日报社6月5日、6月10日,体育馆6月6日、6月26日,高新一小6月1日、6月9日、6月23日子站日最大O3-8h浓度值为无效数据,未参与统计(见图1)。
三个控制点日最大O3-8h浓度曲线基本吻合,走势一致。反映出O3-8h浓度为全市区域上升,非某一点位异常升高。说明O3污染全部加重。
图1 三个控制点日最大O3-8h浓度变化趋势
2.3 O3及其前体物质NO2、CO浓度的变化
O3-8h、NO2浓度单位为μg/m3,CO单位为mg/m3,图2为显示曲线趋势,作图时NO2数值按扩大2倍计算,CO数值按扩大100倍计算。
O3-8h、NO2、CO浓度走势基本一致,O3-8h和NO2浓度相关系数0.441,属于低相关;O3-8h和CO浓度相关系数-0.065,相关成程度较弱。2
图2 日最大O3-8h浓度平均值与N O2、CO日均值关系
.4 日最大O3-8h浓度与最高气温关系
O3-8h浓度单位为μg/m3,日最高气温单位为℃,图3为显示曲线趋势,作图时日最高气温数值按扩大10倍计算。
O3-8h浓度与最高气温走势基本一致,相关系数0.575,属于中度相关。
图3 日最大O3-8h浓度平均值与最高气温关系
2.5 日最大O3-8h浓度与相对湿度关系
O3-8h浓度单位为μg/m3,相对湿度单位为%。
O3-8h浓度与相对湿度曲线走势明显负相关,相关系数-0.790,属于中度相关。
2.6 日最大O3-8h浓度与能见度关系
O3-8h浓度单位为μg/m3,能见度单位为km,图5为显示曲线趋势,作图时能见度数值按扩大10倍计算。
O3-8h浓度与能见度曲线走势基本一直,相关系数0.580,属于中度相关。
图5 日最大O3-8h浓度平均值与能见度关系
2.7 日最大O3-8h浓度与气压关系
O3-8h浓度单位为μg/m3,气压单位为hpa,图6为显示曲线趋势,作图时气压数值按缩小10倍计算。
O3-8h浓度与能见度曲线走势负相关,相关系数-0.467,属于中度相关。
图6 日最大O3-8h浓度平均值与气压关系
2.8 日最大O3-8h浓度与风速关系
O3-8h浓度单位为μg/m3,风速单位为m/s,图7为显示曲线趋势,作图时风速数值按扩大40倍计算。
O3-8h浓度与风速大小曲线走势基本一直,相关系数0.372,属于低相关。
图7 日最大O3-8h浓度平均值与风速关系
3 结语
进入夏季,西北内陆地区植被较好,裸露黄土被农作物覆盖,加上空气扩散条件比较好,颗粒物污染退居其次,相比之下,臭氧反客为主,不时出现超标。
短时间内(一个月中),某市污染物排放相对稳定,O3前体物质NO2、CO浓度变化变化不大:NO2前7个月均值月均浓度分别为 60、40、36、32、40、34、27μg/m3,CO前 7个月均值月均浓度分别为 2.2、1.9、1.1、0.9、0.6、0.7、0.6 mg/m3。理论上 O3与 NO2、CO有因果关系,但是一定浓度条件下相关性不强。
臭氧日最大浓度与当日最高温度在时间分布上有滞后,日最大O3-1h浓度值集中出现在15:00~18:00之间,说明臭氧前体物质在外因作用下生成臭氧,需要一个时间过程。
6月O3飙升的主要原因在于气象条件,光照和高温是直接的外因。能见度可以反映光照强弱。能见度高,直射近地紫外线被吸收、折射较少;能见度小,颗粒物等吸收紫外线使其变弱。表现在相关性上,O3-8h浓度与能见度相关系数较高,达到0.580;O3-8h浓度与最高温度相关系数次之,达到0.575,均呈正相关关系。
相对湿度影响能见度,进而影响O3-8h浓度。统计显示:相对湿度小于50%能见度较大,能见度20km以上出现7天,10~15km出现1天;相对湿度在50%~60%之间,能见度10km以下出现1天,10~15km出现4天,15~20km出现6天,20km以上出现1天;相对湿度60%以上,能见度10km以下出现2天,10~15km出现8天,15~20km出现1天。即湿度大,能见度小,紫外线消弱,O3-8h浓度较小。O3-8h浓度与相对湿度呈现较为明显的负相关,相关系数-0.790。
近地风速、大气压因影响空气流动进而影响污染物扩散,统计风速最大2.9m/s,气压波动在960.4~968.7hpa之间,均与O3-8h浓度相关性不大。