漳州市区大气臭氧污染特征分析

陈艺敏, 陈建发, 陈登辉



漳州市区大气臭氧污染特征分析

陈艺敏1,2, 陈建发1,2, 陈登辉3

(1.漳州职业技术学院食品与生物工程系; 2.福建省精细化工应用技术协同创新中心;3.漳州市龙文区气象局, 福建漳州 363000)

利用2014～2015年漳州市区蓝田、三中和九湖3个监测站大气污染物浓度资料，对近地面臭氧污染的变化特征和影响因素进行分析。漳州近地面臭氧浓度在夏季较低，而峰值主要出现在4月或10月。臭氧浓度与NO2浓度密切相关，在全年统计下呈正相关。当温度高于20°C，日照时数大于5h，风速小于2m/s时，漳州市区易形成臭氧污染天气。

臭氧; 污染特征; 气象要素

近年来，相对于颗粒物污染在全国大多数地方的改善，多地臭氧污染告急，近地面的臭氧污染已经成为城市环境污染的重要问题之一[1]。城市近地面臭氧主要是由机动车排放的挥发性有机物、氮氧化物和一氧化碳在强烈紫外线下发生一系列化学反应而生成的[2]。近地面臭氧污染会损害人体健康，并影响植物生长[3-4]。随着漳州城市汽车数量剧增以及工业的快速发展，臭氧污染的前体物—氮氧化物和挥发性有机物排放量增加，臭氧和氮氧化物污染已经成为当地除颗粒物外最主要的污染物。

1 资料与方法

选择位于漳州蓝田（经济开发区）、漳州三中（市区）、九湖（近郊）3个自动空气质量监测点作为研究点。所用数据为2014～2015年逐日的NO2、O3（最大8小时滑动平均）和空气质量指数AQI，以及O3的小时浓度。气象资料为中国气象网站气象数据，所用数据为漳州市2014～2015年的日平均气温、日照和风速。

本文所使用的统计方法是相关分析和统计分析，通过计算气象因子与臭氧及其前体物的相关系数，分析影响臭氧浓度的主要因素。

2 结果与讨论

2.1 近地面臭氧污染特征

根据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[5]，O3日最大8 小时滑动平均值的一级标准限值为100μg/m3，二级标准限值为160μg/m3。统计漳州市区3个监测点O3浓度超过160μg/m3和100μg/m3的天数，发现2014年工业区蓝田监测点的天数分别为0d和87d，市区三中监测点的天数为5d和155d，而近郊九湖监测点的天数为1d和83d。2015年在3个监测点O3的浓度均不超过二级标准限值，超过一级标准限值的天数分别为23d、53d和60d。可见，2015年近地面臭氧污染比2014年有明显改善，这与当地政府加强工业企业排放、生活污染源监管等防治大气污染措施有关。

统计2014年和2015年O3浓度超过100μg/m3的天数的月变化特征，如图1所示，发现3个监测点O3浓度的季节变化呈现明显的不同：蓝田和三中测点O3污染主要出现在春季和秋季，4月和10月是臭氧污染较严重的时间。而对于近郊的九湖，臭氧浓度超标主要出现在1月、9月和10月。蓝田、三中和九湖的月平均臭氧浓度（如图2所示）在2014和2015年分别为79.7和63.7μg/m3，93.2和71.7μg/m3，80.1和77.7μg/m3。从2014到2015年蓝田、三中和九湖的臭氧月平均浓度值分别下降了20.1%，23.1%和3.0%，市区臭氧浓度下降最为明显。3个监测点臭氧浓度的季节分布基本一致，臭氧浓度低的季节为夏季，臭氧浓度高的月份在蓝田和三中主要为4月和10月，在九湖主要为10月。

地面臭氧的形成受到其前体物（氮氧化物、CO和挥发性有机物）以及光照等外界环境的影响。有研究发现中国各地区O3浓度并不是在夏季存在峰值，而是存在着低谷现象，这与同纬度的美国和欧洲等地不同，这主要受污染物的跨界传输以及O3生命周期的季节变化影响，可能在4月或10月达到峰值[6]。

图1 三个测点的臭氧超标天数月变化

图2 三个测点的臭氧月平均浓度

2.2 臭氧浓度与NOx的关系

已有研究利用数值模拟发现在中国30°N以南的地区，臭氧的浓度与其前体物NOx的关系密切[7]。本文以三中测点2014年4月10～11日臭氧污染最严重的两天为例，分析O3和NO2浓度的日小时变化特征（图3）。从图中可以明显看到，O3和NO2的浓度的日变化呈相反的趋势，这个结果与已有研究结果一致[8-9]。这说明，近地面臭氧的形成是由于其前体物NO2的消耗引起的。

但是，如果以O3日最大8小时滑动平均值和NO2浓度的月平均值分析两者的关系，我们发现2014～2015年两者变化趋势在蓝田、三中和九湖3个测点均没有出现明显相反的趋势（图略），此研究结果与在长江三角洲地区的研究结果[10]并不一致，体现了漳州当地独特的特点。为此，我们计算了O3浓度变化与NO2浓度日变化的相关关系，时间长度为共730d，结果如下表所示。其中，全年的相关系数超过0.1，季节相关系数超过0.2即可达到信度为99%的显著性检验。从结果中发现，臭氧8小时滑动平均浓度与NO2日平均浓度全年基本呈现正相关关系，也就是NO2浓度越高则O3浓度也越高。在工业区蓝田测点，O3和NO2浓度只有夏季的正相关显著；在市区的三中测点，夏季和冬季的正相关显著；而在近郊的九湖测点，春季、夏季和冬季是正相关，秋季为显著的负相关。由于漳州市区臭氧浓度在4月和10月呈现峰值，这里分别计算O3和NO2浓度在这两个月份的相关关系。结果发现在4月份两者呈负相关，且相关系数在3个测点均超过了信度95%的显著性检验；而在10月份相关不明显。

结果表明，尽管O3与NO2的小时平均值存在负相关关系，然而O3的8小时滑动平均与NO2的日平均值在全年统计下，在漳州呈现的是正相关关系，在蓝田和三中正相关显著的季节主要为夏季和冬季，而在九湖，春季、夏季和冬季为正相关而秋季为负相关。

表1 O3浓度与NO2浓度相关关系

图3 2014年4月10日～11日三中测点O3和NO2小时浓度的变化

2.3 臭氧浓度与气象要素的关系

Lam等[11]发现，O3除了与其发生光化学反应的前体物相关外，还与气象因素相关。当地气象条件（温度、光照、风速等）影响近地面臭氧和其前体物浓度，造成光化学反应，形成二次污染[12]。

2.3.1 臭氧浓度与气温

O3浓度和气温全年的相关关系在蓝田和三中测点呈正相关关系，正相关显著的季节为春季和夏季，相关系数超过信度为99%的显著性检验；O3浓度和气温全年相关关系在九湖测点不显著，但在夏季两者的正相关显著。由于3个测点均在夏季出现O3浓度和气温的显著正相关，这说明在漳州地区夏季温度越高，地面臭氧浓度越大。O3浓度和气温在4月份的相关不显著，而在10月份则呈明显的负相关，超过信度为95%的显著性检验。

统计2014年到2015年臭氧浓度超过100μg/m3时温度的分布，发现市区出现的污染天数比工业区和近郊要多。在温度高于20°C的天数中，O3浓度大于100μg/m3的比例在蓝田、三中和九湖3个测点分别为19.0%，32.2%和21.2%，而气温小于等于20°C的天数中，O3浓度超过100μg/m3在3个测点的比例分别为6.1%，23.6%和15.8%。结果说明气温在20°C以上，较易出现臭氧污染，且相比市区和市郊，工业区的臭氧浓度更容易受气温变化的影响。

表2 O3浓度与气温相关关系

2.3.2 臭氧浓度与日照时数

O3浓度和日照时数在全年呈明显的正相关，相关系数达到0.38以上，超过信度99%的显著性检验，说明日照越长则臭氧浓度越大。从季节上看，相关最密切的季节是冬季，相关系数在3个测点超过0.6，说明冬季的日照对臭氧的形成至关重要。臭氧浓度和日照时数在3个测点均呈现明显的正相关，但是九湖测点的相关系数比其他测点要小一些。O3浓度和日照时数在4月份和10月份均为明显的正相关，均超过信度为95%的显著性检验。

从日照时数与O3浓度分布图上看，当日照时数大于5h时，臭氧的浓度大于100μg/m3的天数显著增加。我们统计了日照时数大于5h的天数中，O3浓度超过100μg/m3的比例在蓝田、三中和九湖测点分别为22.4%，39.3%和26.4%，而日照时数小于等于5h的天数中，O3浓度超过100μg/m3的比例在3个测点分别为6.7%，19.2%和12.4%。

表3 O3浓度与日照时数相关关系

2.3.3 臭氧浓度与风速

从O3浓度和风速的相关系数表中可以发现，二者相关不明显，相关系数均达不到显著性标准。这说明在漳州地区风速对臭氧浓度影响较小。O3浓度和风速的关系在4月和10月均不显著。

表4 O3浓度与风速相关关系

从风速与O3浓度分布图上看，当风速大于2m/s时，臭氧的浓度大于100μg/m3的天数略有减少。统计风速大于2m/s的天数中，O3浓度超过100μg/m3的比例在蓝田、三中、九湖测点分别为12.7%，21.1%和17.2%，而风速小于等于2m/s的天数中，O3浓度超过100μg/m3的比例在3个测点分别为14.9%，30.7%和19.7%。除了三中外，风速对蓝田和九湖的臭氧浓度的影响不大。

3 结论

臭氧以及前体物氮氧化物是除了颗粒污染物外漳州的首要污染物。漳州近地面臭氧浓度在夏季较低，而峰值主要出现在4月或10月。近地面臭氧8h滑动平均浓度和NO2的浓度的日变化呈相反的趋势，但全年统计下两者基本呈现正相关关系。

漳州市区地面臭氧浓度受气温和日照影响较大，温度升高、日照时数增加则地面臭氧浓度上升。气温在20°C以上，较易出现臭氧污染；当日照时数大于5h时，臭氧的浓度大于100μg/m3的天数显著增加。风速对漳州市区地面臭氧浓度影响较小，当风速大于2m/s时，臭氧的浓度大于100μg/m3的天数略有减少。

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[11] Lam K. S., Wang T. J., Wu C. L., et al．Study on an ozone episode in hot season in Hong Kong and transboundary air pollution over Pearl River Delta region of China[J]. Atmos Environ, 2005, 39: 1967-1977．

[12] 严茹莎,陈敏东,高庆先,等. 北京夏季典型臭氧污染分布特征及影响因子[J]. 环境科学研究,2013,26(1): 43-49．

（责任编辑：马圳炜）

Analysis of atmospheric ozone pollution characteristics in Zhangzhou

CHEN Yi-min1,2, CHEN Jian-fa1,2, CHEN Deng-hui3

(1. Department of Food Processing and Biological Engineering; 2. Collaborative Innovation Center of Fine Chemical Application Technology in Fujian; 3. Longwen District Meteorological Bureau of Zhangzhou, Zhangzhou 363000, China)

The air pollutant concentration data of 2014～2015 from three monitoring stations (Lantian, Sanzhong, Jiuhu) in Zhangzhou is used to analyze the variation characteristics and influential factors of near surface ozone. The result shows that ozone concentration is lower in summer, while the peak appears in April or October. Ozone concentration is closely related to NO2concentration, positively correlated with each other according to annual statistics. When the temperature is higher than 20°C, the sunshine hour is more than 5 hours, and the wind speed is less than 2m/s, it tends to form ozone pollution in Zhangzhou.

ozone; pollution characteristics; meteorological factors

1673-1417（2017）02-0009-05

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2017.02.0003

X515

A

2017－03－10

福建省自然科学基金( 2015J01356 )。

陈艺敏（1979—），女，福建漳州人，讲师，硕士，研究方向：环境污染治理和资源再生利用