中山市一次典型的臭氧污染过程及分析

2019-10-21黄凯涛

中国化工贸易·下旬刊 2019年6期

关键词：气象

黄凯涛

摘要：利用 2018年8月20日-26日中山市空气自动监测站的监测数据，探讨了一次持续性臭氧重污染过程中，前体物排放、外来输送及气象因素对近地面臭氧浓度的时空变化影响特征。结果表明：前体物的排放和输送是造成污染时段臭氧浓度升高的主要原因，静稳天气、偏北气流影响是此次污染过程持续和加重的气象因素。建议管控本地VOCs的排放企业，加强臭氧污染的联防联控等以减轻臭氧的污染。

关键词：臭氧污染;过程分析;前体物;气象

0 引言

臭氧是天然大气的重要微量成分，主要是由氮氧化物（NOx）及挥发性有机化合物（VOCs）等前体物在太阳辐射下发生光化学过程反应形成[1-2]。近年来，随着经济的快速发展、城市化进程的持续推进及机动车保有量的猛增，以臭氧为首要污染物的光化学污染成为许多城市大气污染的首要环境问题[3-5]。

近年来，中山市空气中PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO年均评价浓度保持达标且污染物浓度呈逐年下降趋势，而臭氧浓度出现多次超标且呈逐年上升趋势，以臭氧为首要污染物的污染天占全年总污染天数80%以上，臭氧已超越PM2.5成为中山市的首要大气污染物。尤其在夏秋季，臭氧污染频次高、每次持续天数长、污染程度高，形成了夏秋季以臭氧为首要污染物的大气持续污染常态。根据2017年中山市环境监测站监测数据统计，夏秋季臭氧持续污染超过3天达8次，污染过程最长持续12天;最高臭氧日最大八小时平均值为294微克每立方米，达重度污染级别。

2018年8月20日-26日，中山市出现了一次臭氧持续污染天气，本文对本次污染过程进行分析，探讨臭氧的污染特征及污染原因，以期为中山市夏秋季节臭氧持续污染的防控提供参考。

1 数据来源

中山市城区范围共布设四个大气自动监测站点，分别是华柏园大气监测子站、张溪大气监测子站、长江大气监测子站和紫马岭大气自动站。华柏园空气自动监测站位于中山市中心城区，张溪空气自动监测站位于中山市城区原工业区，长江水库自动监测站（清洁对照点）位于中山市长江旅游区，紫马岭公园空气自动监测站位于中山市紫马岭公园内，这四个站点分别代表了商住混合区、工业区、旅游区、文化区等若干块功能区。本文所使用臭氧监测数据均来自于四个监测站点。气象数据来自中山市气象局的常规地面观测资料和常规高空天气图资料。

2 污染过程和讨论

2.1 臭氧污染变化特征

8月20日至26日，中山市经历了一次持续7天的臭氧污染过程。此次污染过程从20日午时开始，随着太阳辐射和光化学反应的增强，臭氧浓度急剧上升达到中度污染，污染持续三天且呈上升趋势，23日污染有所回落，臭氧八小时平均第90百分位数浓度下降为轻度污染级别（166微克每立方米）。而后臭氧污染卷土重来，于24日午后飙升至污染峰值，紫马岭15：00时臭氧小时值高达353微克每立方米，中山市日臭氧八小时平均第90百分位数浓度为301微克每立方米，达重度污染级别。25-26日臭氧浓度缓慢下降，至27日空气质量级别回落至良，此次臭氧污染结束。

中山市区四个空气自动站的臭氧浓度小时值变化趋势见图2。从图中可以看出，华柏园、张溪、紫马岭和长江旅游区的小时值在8月20日-26日期间污染的逐时变化趋势基本一致，每日基本呈单峰变化，夜间较低，6：00左右为臭氧浓度的峰谷值，约9：00开始臭氧浓度明显上升，在午后15：00左右浓度达到高峰值，而后随气温降低等因素影响臭氧浓度逐渐下降。张溪空气自动站处北面上风向区，臭氧小时值略高于其他空气自动站。长江旅游区处南面且为清洁对照点，臭氧小时值低于其他空气自动站。

2.2 臭氧污染成因分析

2.2.1 臭氧污染的來源

8月20-26日中山各类VOCs浓度都有所升高，尤其是芳香烃浓度比上月增长了1.5倍。利用山东大学薛丽坤教授光化学模型OBM-AOCP对紫马岭超级站VOCs及其他相关指标分析可见，20日上午11时臭氧化学生成速率已达28ppbv，12时达到日峰值35ppbv，11时到15时是臭氧光化学生成速率最高的时段。模型计算所得的白天臭氧化学生成速率显著高于实际增长速率，可见前体物光化学生成是导致本次中山市臭氧污染的主导因素，而人为源中芳香烃排放是主要的臭氧前体物来源。随着气象条件进一步恶化，臭氧浓度继续升高，至24日，臭氧日最大八小时平均值达高峰值。

按照臭氧生成潜势（OFP）计算，紫马岭超级站8月20-26日臭氧生成潜势最大的前十物种里有4个为芳香烃，分别是间/对二甲苯、邻二甲苯、甲苯与乙苯;4个为烯烃，分别是异戊二烯、乙烯、丙烯与反-2-丁烯;还有2个烷烃为异戊烷与正丁烷。前十物种的臭氧生成潜势贡献占全部物种贡献的76.8%。可见人为源芳香烃的排放是主要的臭氧前体物来源。天然源中异戊二烯同样是臭氧关键来源之一。

根据广东省环境监测中心数值模型来源解析结果显示，中山污染来源主要以外来前体物输送导致，海洋气流对中山亦有明显贡献。相邻城市及偏北方向（上风向）的城市和省份贡献较大。中山本地源占比为8%。

2.2.2 气象条件对臭氧污染的影响分析

8月20日受中低层偏北风影响，珠三角地区以静稳天气为主，垂直对流弱，水平方向主导风向为弱北风，且风力由北向南逐步减弱，易于污染物传输并累积到下风向地区并造成臭氧污染。20日上午中山市吹弱西北风，有利于珠三角中部地区臭氧前体物的输入;中午13时始，西北、西南风在中山市形成辐合风场，导致本地扩散能力减弱，随着午后太阳辐射增强气温逐渐上升，最高气温升至34℃，光化学反应明显，臭氧浓度迅速增加并达到污染的峰值，PM2.5也同期达到全日峰值，形成复合污染;17时后随着太阳辐射减弱、西南风力显著加强，臭氧、PM2.5等污染浓度都迅速下降，污染减弱。

8月20日-26日中山市受副热带高压控制，天气静稳，持续吹东北风或偏北风，风力较弱，且光照强烈，气温高，大气扩散条件不利。中山位于珠江口岸属下风向地区，受污染物输送影响明显，污染较重。

3 结论和建议

3.1 结论

分析本次臭氧持续污染过程发现：此次污染过程中，中山市受副热带高压控制，天气静稳，气温高且持续吹弱偏北风，气象条件不利。污染气团来自偏北向的大陆工业发达地区，叠加本地臭氧的生成，导致本次污染持续时间长、程度重。

3.2 建议

3.2.1 加强管控臭氧前体物的排放

中山市家具、五金表面喷涂、小家电等制造行业企业众多，涂料、染料、油墨等涉VOCs原辅材料使用量大，对甲苯、间/对二甲苯等关键前体物排放贡献突出。应进一步提高相关行业生产管理水平和治污水平，减少本地源排放和积累。

3.2.2 区域联防联控形成治污合力

城市之间大气污染变化过程呈现明显的同步性，区域性臭氧污染特征十分显著。单靠一个城市治理臭氧污染效果并不明显，建议加强对广东省臭氧重污染事件的观测、数值模拟、污染治理，进一步与周边城市合作完善区域大气污染联防联控的协调机制。

3.2.3 加强与气象部门的合作

臭氧污染受季节、风向风速、太阳辐射等气象条件影响，建议进一步加强与气象部门的会商与交流，制定相关预报预警机制应对不利气象条件下的臭氧污染。

參考文献：