日照市环境空气中氮氧化物及气象因子对臭氧污染的影响

2019-03-21张涛张振华

节能与环保 2019年2期

文_张涛张振华

1.日照市生态环境局; 2.日照职业技术学院

臭氧（O3）主要分布在平流层中，能吸收紫外线，保护地球上的生物不被强烈的紫外线照射，然而近地面的臭氧对生活在地面上的人类、动物、植物却有极大危害。对流层中的O3主要由前体物，如NOx以及挥发性有机物(VOCs)等，在一定的气象条件下通过光化学反应生成，且各前体物及气象条件对O3的生成具有不同的作用。本文利用日照市空气质量监测数据，分析了氮氧化物、气象因子对臭氧浓度影响，为后期的臭氧污染治理及预报提供一定的理论支撑。

1 O3与NOx的污染状况与讨论

本文利用日照市近年空气质量监测数据，根据我国《环境空气质量标准》，将O3逐时浓度超过160.0ug/m3定义为超标。

图1 O3、NOx月均浓度变化

图2 O3、NOx日均浓度变化

如图1所示，O3月变化表现出弱双峰结构，其中臭氧浓度4～9月浓度均高于70ug/m3，5月浓度平均浓度最高，为95.9mg/m3，高于年度平均值36.4%；而1～2月，11～12月的O3浓度明显低于年度平均值，其中1月份浓度最低，为33.5ug/m3。受辐射强度、温度等影响，夏半年光化学反应较强，同时夏半年边界层高度较高，大气湍流强，O3的垂直输送过程也明显，总体表现为O3夏半年浓度高于冬半年。5、6月份温度升高，降水较少，辐射强度较大，其中5月份受边界层条件影响O3平均浓度达到峰值。7、8月份为日照市雨季，降水集中，影响了光照和辐射强度，导致该时期O3低于5、6月份；10月份处于夏秋交界，降水较为频繁，同时温度开始下降，因此O3迅速下降。NOx主要来自于工业企业和移动源等排放，排放量较为稳定，大气边界层扩散条件对其污染物浓度起决定性作用。故4～9月的浓度相对较低，均低于年度平均值，其中7月的浓度最低，仅为29.4ug/m3；1月、12月的NOx浓度明显高于全年均值，均超过80ug/m3，分别为80.2ug/m3、84.4ug/m3。

如图2所示，O3和NOx的日变化也具有不同的特征。O3表现出明显的单峰分布的日变化特征，受日照强弱以及边界层抬升后的O3向下输送的影响，其白天的浓度明显高于夜间，11：00～20：00的浓度均要高于80.0ug/m3，于15：00达到峰值，为108.5ug/m3。对于NOx，变化主要取决于机动车的尾气排放和工业企业污染排放，日变化表现出弱峰深谷结构，NOx浓度8时出现峰值，18至19时浓度有较明显的增长过程，与早晚下班高峰有密切关系。22至23时浓度快速增长，之后一直维持至较高浓度，一方面夜间高度较低的边界层甚至逆温层的出现，夜间大气扩散能力不如白天，另一方面部分工业企业利用峰谷电价夜间生产，导致污染物排放量有所增加。使得夜间的NOx浓度处于较高浓度值，相反白天时，特别在正午时的NOx浓度要明显低于夜间。

图3 NOx与O3日均浓度变化

2 结果分析

2.1 NOx对O3的影响

NOx(NO+NO2) 其参与光化学反应的过程有：

NO2+hv→NO+O

O+ O2+M→O3+M

O +NO→NO2+ O2

图4 温度与O3的关系图

NOx对O3具有一定滴定作用，较低浓度的NOx往往伴随着较高浓度的O3(如图3)。总体表现出低浓度NOx对应着高浓度O3，其中是在O3超标基本均发生在NOx浓度为20～50ug/m3这个区间。因此，当预测NOx浓度为0～50ug/m3可以作为加强O3污染防控的参考依据。

2.2 气象因子对O3的影响

关于气象条件对O3形成的影响已有了较多的研究结果。本文利用温度、相对湿度以及风场数据，研究日照市O3污染形成时主要气象因子变化。

2.2.1 温度对O3的影响

太阳辐射强度对大气光化学反应具有重要影响，由于缺少相应的太阳辐射，而大气温度的变化能较好的反映出太阳辐射强度的变化，所以本文中利用大气温度数据代替太阳辐射强度。

如图4所示，随着温度的增加，O3浓度基本以线性形式增大。O3浓度超标现象均出现在温度超过10℃以上。

2.2.2 相对湿度对O3的影响

如图5所示，日照市O3浓度与相对湿度关联度较低，除极低相对湿度（低于20%）外，其余部分均有O3的超标现象分布。可能与日照市地处北方沿海地区，降水集中，高温与高湿同时出现，且高温起决定性作用，削弱了湿度的影响。

图5 相对湿度与O3的关系图

2.2.3 风场对O3的影响

风场对污染物的输送具有重要的影响，不同的风向决定了污染物输送的不同来向，而风速大小则能反映污染物的输送效率或者污染物的清除效率。图6、图8表明，日照市在东南风控制时，下风向地区的O3浓度明显较高，且风速越大，O3浓度也越大，最高时能达90.0ug/m3左右。而当受偏西风影响，特别是西北风影响时，其对应的O3浓度明显低于其他风向。NOx的分布情况与O3呈反相位变化（图7、图9）。风速越低，NOx浓度越高，其主要是NOx主要是由局地源（工业企业、机动车船）排放产生，风速越大，越有利于其的扩散。