佛山市臭氧浓度时间变化特征及主要影响因子

黄艳玲，陈慧娴

(1. 佛山市环境监测中心站，广东 佛山 528000；2. 佛山市气象局，广东 佛山 528000)

佛山市臭氧浓度时间变化特征及主要影响因子

黄艳玲1，陈慧娴2

(1. 佛山市环境监测中心站，广东 佛山 528000；2. 佛山市气象局，广东 佛山 528000)

对佛山市2011—2014年O3监测数据进行分析，结果表明，ρ(O3)日变化呈现明显的单峰特征，2011—2014年O3日最大8小时滑动均值(O3-8 h)的年评价值没有出现显著的下降趋势，超标值多出现在8—10月。夏季O3-8 h与日平均气温的相关系数较高，O3污染多发生在气温>30 ℃，相对湿度为50%～70%的气象条件下。相对湿度<60%，气温为20～25 ℃，也可能出现O3污染。>10 ℃时，不同的温度条件下，O3与PM2.5存在正相关关系。在不同的季节时段，O3-8 h基本随着ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大。

臭氧；气象条件；O3-8 h；可入肺颗粒物；ρ(NO2)/ρ(NO)；佛山

臭氧(O3)作为大气中重要的一种微量气体，在平流层吸收紫外线，改变了透入对流层的阳光辐射谱分布，吸收对人体有害的短波紫外线[1]。但在近地面，过量的O3对人体健康及植被、农作物有重要损害，对生态环境带来严重的危害[2-7]。O3吸收光后分解的产物引发大气中的热化学过程，分解过程导致了自由基的生成，活跃了大气中的化学反应过程[1]。

《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)(以下简称《空气标准》)中对O3给出了明确的评价指标及相关评价标准，强调了O3对环境空气质量的影响作用[8]。

随着《空气标准》的逐步实施，许多城市已经开展O3监测及对其污染特征的分析。崔蕾等[9]对成都市O3浓度的时间变化特征及相关因子进行分析；王闯等[10]对沈阳市气象条件对O3影响开展了研究；Lu等[11]通过对O3和NOx数据的分析，研究了夏天珠三角地区光化学污染的产生和关键控制因素；Zhang等[12]分析了珠三角大气复合问题；Barlow等[13]分析了南加州地区O3与大气环流之间的潜在关系。

珠三角城市群，由于处于亚热带太阳辐射强烈，O3污染较为突出，近年O3作为首要污染物的比例达到40.5%，已经超过了备受关注的PM2.5(38.6%)，成为影响华南地区空气质量的重要污染物[14-15]。2014年O3作为佛山市首要污染物的天数为101 d，2015年为81 d，占比分别为35.1%和33.3%，均超过同期PM2.5的占比。因此，研究珠三角城市近地面O3浓度变化特征及其主要影响因子，对空气质量的评价和重污染预报预警有重要的意义。

现以位处珠三角中心，比邻广州的佛山市为例，对位于城区中心的惠景城站点2011—2014年4年的O3连续实时监测数据进行研究分析，探索O3随时间变化特征，以及O3污染主要影响因子。

1 研究方法

1.1 监测站点

使用的数据资料来源于佛山市环境监测中心站所提供的2011年1月1日—2014年12月31日惠景城站点O3、NO、NO2、PM2.5小时连续监测值，以及逐时气象观测数据及日观测数据。惠景城站点位于佛山市中心城区主干道汾江南路旁，是人口、车流量较为密集的居住、交通、商业混合区，对于城市中心的O3变化特征具有一定代表性。

1.2 监测方法

惠景城站点为粤港澳珠三角区域空气质量监测网络[16]内的站点，O3分析仪为API 400E紫外吸收O3分析仪，基于O3分子内部电子的共振对紫外光(波长254 nm)的吸收特性进行监测；NO、NO2分析仪为API 200E化学发光法分析仪；PM2.5监测仪为Thermo Fisher FH62C14，β射线法。各项目分析仪的质量控制和质量保证措施均符合文献[16]相关规定，符合监测标准。

1.3 监测数据统计方法

按《空气标准》中对数据有效性的相关规定进行数据统计和计算，按照二类功能区所应符合的二级标准进行评价分析。日最大8小时滑动均值(O3-8 h)的日超标标准为160 μg/m3。

2 结果与分析

2.1ρ(O3)时间变化特征及分析

2.1.1ρ(O3)日变化特征

2011—2014年ρ(O3)日变化呈现明显的单峰特征，O3-8 h一般为11：00—18：00 的8 h均值。从各时段的平均值看，07：00的小时值最低，全天最高值一般出现在14：00。全天各时段浓度的中位数最高值为13：00或14：00，见图1。

2.1.2ρ(O3)月变化特征

根据《空气标准》O3的年评价指标为全年O3-8 h第90百分位数<规定标准限值160 μg/m3。2011—2014年惠景城O3-8 h的年评价值分别为163，174，160，167 μg/m3。除了2013年达到标准限值，其他年份均超标。

2011—2014年O3-8 h各浓度区间月分布见图 2 (a)(b)(c)(d)。由图2可见， O3超标多出现在8—10月。3—4月的初春季节也可能出现O3污染，这与太阳辐射逐步增强、未进入汛期、降雨量不足有关，但目前对于这个时段的污染成因还没有十分成熟的科学结论[17]。

2.2 气象条件对ρ(O3)的影响

2.2.1 气温对ρ(O3)的影响

2013—2014年O3-8 h与日平均气温相关性分析见图3。

由图3可见，O3-8 h与日平均气温相关系数较低，只有0.45。根据上述历年各月份O3污染特征进行月份分类，将全年分为秋冬季(11月—次年2月)、初春季(3月)、春季(4—5月)、夏季(6—8月)、初秋季(9—10月)，分别进行O3-8 h与日平均气温相关性分析。

夏季O3-8 h与日平均气温的相关系数显著增高，为0.71，显著相关，而且，当气温达到30 ℃以上，ρ(O3)对温度的敏感性迅速增高，表明太阳辐射达到一定强度后，才能对O3的生成产生影响。初秋季日均气温为25～30 ℃，虽然气温不如夏季高，但仍可能出现O3污染，并且污染情况出现的概率最高。初春季和春季在25 ℃以下的天气也可能出现O3污染。秋冬季气温普遍较低，基本不会出现O3污染的情况。

图2 2011—2014年O3-8 h各浓度区间月分布

图3 2013—2014年O3-8 h与日平均气温相关性

2.2.2 湿度对ρ(O3)的影响

2013—2014年O3-8 h与日平均湿度相关性见图4。由图4可见，O3-8 h与日平均湿度呈负相关，其中初春季、春季、夏季负相关系数较高，分别为-0.74，-0.68，-0.72。O3污染多发生在日平均相对湿度≈60%条件下，湿度增高或降低，O3污染出现的几率也逐渐降低。湿度>80%时出现O3污染几率较低，见图4。

图4 2013—2014年O3-8 h与日平均湿度相关性

2.2.3 风速对ρ(O3)的影响

2013—2014年O3-8 h与日平均风速相关性分析见图5。由图5可见，O3-8 h与日平均风速无明显相关，在不同的季节时段均无显著的相关。

图5 2013—2014年O3-8 h与日平均风速相关性

2.2.4 气温和相对湿度对ρ(O3)的综合影响

2013—2014年O3-8 h与日平均温度、日平均湿度关系见图6。由图6可见，忽略O3污染出现几率较低的秋冬季，O3污染多发生在气温>30 ℃，相对湿度为50%～70%的气象条件下。相对湿度<60%，气温为20～25 ℃，也可能出现O3污染。

图6 2013—2014年O3-8 h与日平均温度、日平均湿度关系

2.3 O3与PM2.5及ρ(NO2)/ρ(NO)的相关分析

2.3.1 O3与PM2.5关系

不同气温、湿度下O3-8 h与PM2.5的相关分析见图7 (a)(b)。由图7可见，O3-8 h与PM2.5没有明显的线性相关性。但根据不同的气温区间划分后发现，两者存在一定的非线性关系。气温越高，O3与PM2.5线性拟合的斜率越高。>10 ℃，不同的温度区间内，O3与PM2.5存在正相关性。不同相对湿度区间下，O3与PM2.5没有明显的相关性。相对湿度>80%，2者值均较低，相对湿度<60%，2者值均较高。相对湿度为60%～80%为过渡阶段。O3为二次污染物，二次转化也是PM2.5的主要来源，同时出现O3与PM2.5高浓度的是大气复合污染的特征表现。颗粒物通过影响光辐射通量来影响光化学反应过程与O3的形成；光化学反应在产生O3的同时也产生二次颗粒物。

图7 不同气温、湿度下O3-8 h与PM2.5的相关分析

2.3.2 O3与ρ(NO2)/ρ(NO)关系

对流层中O3生成和消耗的主要化学过程是与NOx之间的光化学反应。NO2吸收UV后发生光化学反应分解为NO和氧原子，氧原子与空气中的O2结合生成O3，而NO可以通过与O3发生还原反应生成NO2和O2来消耗O3。这个过程是大气O3化学的基础，通过反应方程式的分析可见O3浓度应该与ρ(NO2)/ρ(NO)成正比关系，但是，大气中还有其他的化学反应影响着ρ(O3)和2者的数值关系[17]。

2013—2014年O3-8 h与ρ(NO2)/ρ(NO)的相关分析见图 8。由图8可见，在不同的季节时段，O3-8 h基本随着ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大，其值多集中在10左右。

图8 2013—2014年(O3-8 h)与ρ(NO2)/ρ(NO)的相关分析

3 结论

(1)惠景城站点ρ(O3)日变化呈现明显的单峰特征，最低值一般出现在07：00，最高值一般出现在14：00。日最大O3-8 h一般为11：00—18：00的8 h均值。近4年O3-8 h的年评价值没有出现显著的下降趋势，超标天多出现在8—10月；

(2)夏季O3-8 h与日平均气温的相关系数显著增高。当气温>30 ℃，ρ(O3)对温度的敏感性迅速增高。初秋季虽然气温不如夏季高，但仍出现O3污染几率较高。相对湿度≈60%条件下，容易发生O3污染，湿度高于80%时出现O3污染几率较低。风速对于O3污染无明显影响。O3污染多发生在气温>30 ℃，相对湿度为50%～70%的气象条件下。相对湿度在60%以下，气温为20～25 ℃，也可能出现O3污染；

(3)气温越高，O3与PM2.5线性拟合的斜率越高。>10 ℃，不同的温度条件下，O3与PM2.5存在正相关关系。在不同的季节时段，O3-8 h基本随着ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大。

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栏目编辑 李文峻

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用技术给环境友好的拥抱

人民日报消息 为改善城市交通、减少空气污染，旅游名城罗马近日颁布了一项新政。从2018年开始，城市从外围到中心将分成甲、乙、丙三区，对游览车分别收取不同程度的通行费，市中心丙区则完全禁止游览车进入。不少当地旅游从业者表达了不满，有人认为，罗马的大众运输较为复杂，限制游览车入城，等于把游客拒之门外。

政策限行，减“污”化“瘀”，多少有些别无他法的无奈，毕竟是和游客带来的真金白银过不去。此次高价限行，势必对当地旅游产业造成打击——面对站位难找、站名难问的公交车，不难想象会有多少游客不知所措。相比行政命令，改进技术，或许是更有效、管长远的治理手段。

纵观世界，科技创新在改善环境、推动进步方面一直都是不断向上延展的。美国的一家公司把纳米导线硅引入热电材料，将导电和导热分开，大大提高了发电组的转换效率；同时还能从汽车尾气中回收电，再回馈到汽车电池中去，兼具省油和降低碳排放的功效。英国布里斯托大学的科学家则找到了一种方法，可以将核废料转化成人造金刚石电池，未来有可能运用于心脏起搏器、高空无人机等需要长期使用能量源的低功率电气设备。减少污染、为大自然减负，科技突破为我们展现了更广阔的进步空间。

与污染减缓相关的，还有国民观念的变迁。反映到消费行为中来，便是环境友好型产品更受欢迎。日本《废弃物处理法》规定，国民应通过废弃物的排放、使用再生品等谋求废弃物的再生利用。一家著名的日本零食公司，通过将鲜有人要的面包皮重新处理，变成好吃的零食，一个月产量达到50万包，并以此获得日本政府颁发的“环境大臣奖”。良好的消费习惯一旦形成，加上完善的法规政策和环境规制，节能环保自然会成为潜移默化的社会共识，促使人们心甘情愿接纳并付诸实施。

www.jshb.gov.cn 2017-02-06

Temporal Variation of Ozone Concentration and Key Impact Factors in Foshan

HUANG Yan-ling1，CHEN Hui-xian2

(1.FoshanEnvironmentalMonitoringCentralStation，Foshan，Guangdong528000，China； 2.FoshanMeteorologicalBureau，Foshan，Guangdong528000，China)

After the implementation of the new ambient air quality standards， O3pollution is more and more concerned. Especially in the Pearl River Delta， O3had become one of the main pollutants. This paper analysed O3monitoring data between 2011 and 2014 in Foshan City. The results showed that the diurnal variation of O3concentration has obvious characteristic of single peak， daily maximum 8-hour moving average (O3-8 h) was usually the average concentration 11pm to 18pm. Between 2011 and 2014 O3-8 h of the 90th percentile did not decline significantly. O3-8 h of the 90th percentile usually appeares in August， September and October. In summer， O3-8 h and average daily temperature correlated significantly， O3pollution usually appears when the temperature reaches more than 30 ℃ and the relative humidity is between 50% and 70%. It might also appear O3pollution， when the relative humidity is below 60% and the temperature is between 20 ℃ to 25 ℃. There is a positive correlation between O3and PM2.5in different temperature conditions which is above 10 ℃. In different seasons， O3-8 h increases as theρ(NO2)/ρ(NO) ratio increases.

O3； Weather conditions； O3-8 h； PM2.5；ρ(NO2)/ρ(NO) ratio； Foshan

2016-03-07；修改日期：2016-10-27

佛山市科技发展专项资金资助项目(2012AA100741)；广东省科技计划资金资助项目(2011A 08083007)；佛山市科技计划资金资助项目(2015AB 004381)

黄艳玲(1984—)，女，工程师，硕士，主要从事环境空气质量监测及数据分析、预警预报工作。

X515

B

1674-6732(2017)01-0054-05