浅谈青岛市光化学烟雾和臭氧污染产生的影响因素

丁艳　谭景祥　曲伟

摘要 本文通过对2013-2015年青岛市区的臭氧监测数据进行分析，介绍了臭氧污染总体特征。阐述了太阳辐射强度、温度、湿度、风速等气象条件对光化学烟雾和臭氧污染生成的影响；VOCs组分中烯烃类对臭氧的生成贡献能力远高于烷烃和芳香烃。

关键词 光化学烟雾；臭氧；气象；太阳辐射强度；VOCs

日常所说的臭氧污染感官上的反应就是光化学烟雾。光化学烟雾的实质是大气中的氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的照射下发生光化学反应，生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与这过程的各污染物的混合物共同导致大气呈现刺激性的蓝色或棕色烟雾弥漫，能见度显著降低。因此，臭氧作为光化学烟雾中的一个重要中间产物2013年被纳入环境监测的“雷达屏幕”，而自监测以来，臭氧成为国内许多城市夏季环境空气质量的首要污染物。气温、太阳辐射、风速、风向等气象条件也是影响光化学反应即臭氧生成的重要因素，夏季的臭氧浓度高于冬季，通常在高压系统的影响下，晴天少云、紫外辐射强、相对湿度低、气温高且风速较小时容易产生高浓度臭氧。

现已确知，汽车尾气以及石油和煤燃烧的废气是形成光化学烟雾的主要污染源，青岛市臭氧浓度也必然处于升高的趋势。

1.监测资料

对2013-2015年青岛市区的臭氧监测数据进行分析，采样地点分布在青岛市区6个行政区域内，共13个环境空气监测站点，24h连续自动监测。臭氧观测采用美国AH400E紫外吸收臭氧分析仪，原理是利用臭氧对254nm紫外光的吸收，前后产生不同强弱电响应。同步VOCs数据采用崂山区环境空气综合监测站的Airmozone分析系统观测资料；气象资料中气温、风速、风向数据采用伏龙山气象站的观测资料，太阳辐射强度数据采用青岛市环境监测中心站楼顶的气象观测资料。

2.结果分析

2.1分析的前提

本次分析建立在青岛城市人口的增加、经济、生活的发展，一次污染物氮氧化物和碳氢化物的排放稳步增加的假设下。

2.2臭氧污染特征

2013-2015年，3年中青岛市区臭氧日最大8h滑动均值的第90百分位数分别为115ug/m3、150ug/m3、147ug/m3，2014年最高。從臭氧日最大8h滑动均值可以看出臭氧浓度呈现明显的季节波动，一般在5-10月浓度较高，夏季尤为明显，冬季则维持在较低水平；臭氧浓度小时值变化大致呈现单峰型变化规律，白天浓度高，夜间浓度低，早上8点开始臭氧浓度迅速升高，至中午15点前后达到高峰，随后缓慢降低。

2.3气象条件影响

2.3.1太阳辐射强度

太阳辐射强度的日变化为早上5点起太阳辐射逐渐增强，至中午12点达到最高值，之后逐步下降，夜间太阳辐射降至最低并维持稳定。臭氧浓度的日变化曲线较太阳辐射整体推后3h，即早上8点开始浓度升高，在下午15点左右达到峰值，之后不断下降，至次日早上7点降至最低。

2.3.2温度与湿度

臭氧浓度随着气温的升高而升高，且大于100ug/m3的臭氧小时浓度多发生在气温25℃以上。在相对湿度0～60%区间，臭氧浓度随湿度的增长大致呈现升高趋势，但相关性不显著，其中20%～40%之间也出现了较高浓度的臭氧；在相对湿度60%～100%区间，臭氧浓度随湿度的增长显著降低，且高度相关。

2.3.3风速风向

由于风速、风向在不同高度层的差异和局部地形的差异，不具备普遍的代表性，总体而言高浓度的臭氧主要发生在风速为4m/s左右。

2.4VOCs浓度影响

以往研究表明，青岛市臭氧生成主要受VOCs控制，大气VOCs各组分对臭氧生成的贡献不同。分别采用OH自由基消耗速率和增量反应活性两种方法对2014年7月-8月青岛市大气中的部分VOCs物种的臭氧生成贡献进行分析：烯烃的臭氧生成贡献最高，占VOCs总贡献的70%以上，烷烃和芳香烃均在10%～20%之间。青岛市大气VOCs组分中烯烃的臭氧生成贡献远高于烷烃和芳香烃，这与天津、广州地区的研究结果相似，而上海和深圳地区则主要以芳香烃最高。VOCs优势物种的臭氧生成贡献结果显示，乙烯、顺二丁烯、丙烯、乙苯的贡献较高。因此，控制烯烃类挥发性有机物的排放可有效降低臭氧的生成，对臭氧污染的控制有重要作用。

3.结论

1）在青岛市一次污染物氮氧化物和碳氢化物的排放保持不变或稳步增加的前提下，光化学烟雾和臭氧污染持续总体升高的态势不会逆转。

2）2013-2015年，青岛市区臭氧日最大8h滑动均值90%在115ug/m3～150ug/m3，在2014年达到最高值。臭氧浓度呈现明显的季节波动，一般在5～10月浓度较高，夏季尤为明显；小时值变化大致呈现单峰型变化规律，白天浓度高，夜间浓度低。受光化学烟雾和臭氧污染受太阳辐射强度和温度影响显著。

3）青岛地区光化学烟雾和臭氧污染最佳的生成条件为：夏季较强的太阳辐射、气温25℃以上、相对湿度低于60%、风速低于4m/s、偏南风。

4）-OH自由基消耗速率和增量反应活性两种方法分析都表明：VOCs组分中烯烃类对的臭氧生成贡献能力远高于烷烃和芳香烃。但具体到VOCs各组分污染源的细分尚属空白，对VOCs排放的监管工作任重而道远。