太原城市环境空气中臭氧浓度的变化特征

＊王 正

（山西省环境监测中心站 山西 030027）

太原城市环境空气中臭氧浓度的变化特征

＊王 正

（山西省环境监测中心站 山西 030027）

为探讨O3在环境空气中的变化趋势，利用2015年太原市城市环境监测网络8个城市趋势点的监测数据为基础，并结合空间分布以及NO2监测数据等资料，对太原市环境空气中的O3浓度变化特征进行分析。结果表明：太原市环境空气中的O3浓度存在明显的季节变化，总体呈现为夏秋季节高，春冬季节低的变化趋势，浓度最大值出现在夏季6月份。O3空间分布总体呈现为东部相对较低，向西部逐渐升高的变化趋势。同时，根据对太原市城市环境空气中的O3与NO2监测数据分析，发现O3与NO2浓度在时间变化上存在明显的负相关性。

臭氧；自动监测；污染物浓度变化

随着我国经济发展，城市规模扩大与机动车尾气排放的剧增，导致近年来环境空气污染类型由煤炭型污染逐步转变为复合污染，并由此带来的城市光化学烟雾现象已成为了当前城市环境空气质量改善所面临的重要问题之一。城市光化学烟雾是指含有氮氧化物、一氧化碳和挥发性有机物的大气，在较强的太阳辐射的照射下发生反应，产生高浓度臭氧为特征的混合物。

太原市是我国工业、能源重要基地，聚集了太原钢铁，太原化工、太原热电等诸多大型钢铁、化工、电力等企业，而这些企业在生产、存储、运输的过程是环境空气中O3前驱物的重要来源，这势必会对太原及其周边的环境产生负面影响，造成区域O3的污染。但目前针对太原市大气中O3浓度变化特征的研究不多，对太原环境空气质量问题缺少全面的认识。

本文以太原市环境空气城市自动监测网监测数据为基础，分析其时间、空间变化特征，并对污染物间的相互反应的影响，进行了特征分析。

1.材料及方法

太原市城市环境空气监测网始建于上世纪80年代，90年代初已建成覆盖全市建成区面积的环境空气监测网络，2012年完成全市环境监测网络所用监测仪器的更新和扩项工作，使监测能力更进一步得到完善，能够更加真实、准确的反映出太原市市区环境质量的整体变化情况。

目前，太原市8个城市环境空气质量监测趋势点位的O3监测仪均使用美国热电公司生产的49i型监测设备，并配套相应的49i-PS校准仪进行监测仪器的溯源工作。QA/QC工作则严格按照中国环境保护部与中国环境监测总站相关标准和规范以及规范日常操作的作业指导书的相关要求开展。

本文所用太原市2015年期间环境空气O3和NO2质量浓度监测数据均按照《环境空气质量标准》数据有效性最低要求进行校验，剔除无效数据。同时，在统计和运用过程中大量使用了SPSS、EXCEL以及地理信息系统Arc GIS9．20等统计和分析软件。

2.结果与讨论

(1)O3质量浓度时间变化

根据太原市环境空气质量监测网监测和统计结果显示，2015年，太原市臭氧日8小时滑动平均浓度超过《环境空气质量标准》中二级标准的天数共计24天，占2015年监测总天数的6．6%。同时。超标天数主要集中在6月份，共计出现超标天数18天，占超标总天数的75%，占全年监测总天数的4．9%。同时根据图1可以看出太原市臭氧污染整体呈现为春冬低，夏秋高等趋势，符合臭氧的产生受强日照辐射生成的基本情况。

图1 2015年太原市臭氧日小时均值与臭氧日8小时滑动均值变化图

通过对太原市2015年各月臭氧日8小时滑动均值的第百分之九十位数的统计（见图2），表现出太原市臭氧污染最重的月份为6月，其次分别为7月、8月、5月，污染最轻的月份为12月，各月臭氧浓度的变化情况符合日照强度和时间（2015年夏至为6月22日，冬至为12月22日）对臭氧浓度变化影响的实际情况。

图2 2015年各月太原市臭氧日8小时滑动均值第90%位数统计图

(2)O3质量浓度空间变化

通过对太原市各监测点位2015年全年日臭氧8小时滑动均值统计结果并结合地理信息系统对太原市各点位监测、统计数据对太原市各城区及周边臭氧污染情况以不同的颜色进行表征，结果显示太原市臭氧分布情况呈现出东部污染相对较低，西部较高的整体污染物空间分布特征。结合风向等因素认为造成上述情况的原因为：太原市臭氧污染较重的时间段主要在6月-8月，期间太原主要受太平洋暖气流影响，主导风向主要为东风与东南风，同时，在臭氧的产生过程中臭氧前驱物相互反应的需一定的时间进行，在浓度升高过程中在时间和空间中有一定的滞后性，从而形成太原市臭氧污染空间分布的东低西高的特征，太原市空间分布特征详见图3、图4。

图3 太原市臭氧污染空气分布情况图

图4 太原市各点位臭氧浓度统计情况图

(3)臭氧与二氧化氮间浓度变化

通过对太原市臭氧污染时间变化特征的分析：6月为太原市臭氧污染最严重的时段，为能够更加明确的表征太原市臭氧与二氧化氮浓度变化之间的关系，本分析仅使用6月份臭氧小时值各点位的最大值的均值进行计算。

从图5可以看出，臭氧与二氧化氮浓度变化趋势呈现出明显反比的关系：太原市臭氧浓度升高时段开始于7-8时，伴随臭氧浓度的升高，二氧化氮浓度不断的下降，下午13-14时臭氧浓度达到最大，并一直持续到16时后，臭氧才出现较大幅度的下降，通过不断的扩散和还原作用，凌晨5-6时，臭氧浓度达到最低值。而二氧化氮浓度呈现为凌晨4-5时达到最大，下午15-16时降到最低。分析结果符合二氧化氮与臭氧浓度间的变化关系。

图5 太原市臭氧污染物浓度与二氧化氮污染物浓度变化趋势图

3.结论

(1)太原市环境空气2015年O3浓度变化总体呈现为春冬季节低，夏秋季节高的变化趋势，日变化趋势呈现为凌晨最低，正午12时后1-2小时后达到全天最大值。

(2)日照、气温是影响太原市环境空气中O3浓度的重要因素。6月中下旬达到太原O3峰值。且根据太原风向的影响，总体呈现为东部O3浓度较低，并向西逐步升高的变化趋势。

(3)环境空气中二氧化氮是高温高日照辐射下产生O3的主要前驱物，通过对2015年太原市环境空气中臭氧与二氧化氮污染物浓度变化情况的分析，臭氧与二氧化氮浓度呈反比变化，即随着臭氧浓度的上升，二氧化氮浓度逐步下降；随着臭氧浓度的降低，二氧化氮浓度逐步上升。

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王正（1982～），男，山西省环境监测中心站，研究方向：环境质量（空气、地表水）自动监测。

(责任编辑卢凤英）

Taiyuan city environment variation characteristics of ozone concentration in the air

Wang Zheng
(Environmental monitoring center in Shanxi Province, Shanxi, 030027)

To explore O3in environmental trends in the air, use of taiyuan city environmental monitoring network in 2015 eight cities trend of monitoring data as the foundation, combined with the spatial distribution and NO2monitoring data such as data, changes the O3concentration in the air in taiyuan city environment characteristics were analyzed. Results show that the environment of taiyuan city O3concentration obvious seasonal change, in the air for the summer and fall season is high, the general trend of the festival in the spring and winter low maximum concentration in summer in June. O3spatial distribution of general is relatively low in the east, west gradually rising trend. At the same time, according to NO2and O3in taiyuan city ambient air monitoring data analysis, found the concentration of NO2and O3on time there is an obvious negative correlation.

Ozone；automatic monitoring；pollutant concentration changes

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