长江三角洲地区臭氧污染现状研究

排日迪古丽·阿力木 依帕热古丽·艾合麦提尼亚孜 于婷

摘要 利用国家环保局监测站污染物观测数据和空气质量指数（AQI），系统分析2013—2018年上海地区、江苏省13个地级市及浙江省11个地级市臭氧、PM2.5和AQI时空变化特征，以及臭氧浓度与AQI指数、PM2.5和气体污染物（NO2和CO）关系。研究发现：长三角地区空气质量呈转好趋势，PM2.5浓度呈下降趋势，空气质量逐渐提高，但臭氧污染明显增加，并且将逐渐成为长三角地区首要污染物。

关键词 臭氧;长三角;臭氧前体物;PM2.5;AQI

中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）07–0–03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.070

Study on Ozone Pollution in Yangtze River Delta

PAIRIDIGULI·Alimu et al （1.Cele county meteorological bureau， Cele， Xinjiang 848300）

Abstract Using the pollutant observation data and air quality index （AQI） of the monitoring stations of the National Environmental Protection Agency， the time and space of ozone， PM2.5 and AQI in Shanghai area， 13 prefecture-level cities in Jiangsu Province and 11 prefecture-level cities in Zhejiang Province from 2013 to 2018 were systematically analyzed Change characteristics， and the relationship between ozone concentration and AQI index， PM2.5 and gas pollutants （NO2 and CO）. The study found that the air quality in the Yangtze River Delta is showing a trend of improvement， the PM2.5 concentration is showing a downward trend， and the air quality is gradually improving， but ozone pollution has increased significantly， and it will gradually become the primary pollutant in the Yangtze River Delta.

Ke ywords Ozone; Yangtze River Delta; Ozone precursor; PM2.5; AQI

长江三角洲地区是中国东部地区空气污染最严重地区之一，近地面臭氧成为该地区首要污染物，近年来臭氧重污染浓度和天数呈增长趋势[1]。環境状况公报显示，长三角是臭氧增长最显著地区[2]。臭氧是光化学烟雾重要产物，其前体物来源在长三角有其独特性，包括人为源和自然源、本地源和外地输送交互作用。臭氧生成存在着较复杂非线性，其前体物（NOx和VOCs）浓度比例不同决定了臭氧浓度。研究发现，臭氧浓度还受气溶胶浓度影响，此外天气条件也影响臭氧浓度变化，越来越严重的臭氧污染不仅影响长三角地区发展，同时严重危害人类健康。

1 数据来源分析

利用国家环保局监测站污染物（臭氧、PM2.5、NOx、VOCs、CO等）观测数据和空气质量指数AQI，分析长三角地区2013—2018年臭氧浓度时空分布现状。系统分析上海地区、江苏省13个地级市（南京、无锡、徐州、常州、苏州、南通、连云港、淮安、盐城、扬州、镇江、泰州和宿迁），以及浙江省11个地级市（杭州、宁波、温州、嘉兴、湖州、金华、衢州、舟山、台州、丽水和绍兴）臭氧、PM2.5与AQI污染指数时空变化特征，以及臭氧与PM2.5、气体污染物（NO2、CO）和AQI指数关系。

2 结果与讨论

2.1 AQI时空变化

2.1.1 AQI优良率 分析长三角各地区（江苏、上海和浙江）2014—2017年AQI指数六个级别污染天数占比，江苏、上海和浙江三地区每年空气质量多为优良天数。4年中空气质量优良天数，江苏地区2017年较2014年AQI优良率增长25.5%，空气质量逐渐转好;上海地区2015年时空气质量较差，出现过2 d严重污染，重度污染天数也高于其他年份，2017年较2014年AQI优良率增长14.0%，空气质量大体呈转好趋势;浙江地区2017年较2014年AQI优良率增长14.9%。总体上，江苏地区优良率最低，但增长最快，浙江地区较江苏和上海地区空气质量要好。

2.1.2 AQI空间变化 长三角地区2014—2017年AQI空间变化上，沿海地区城市空气质量好于内陆城市，可能与内陆地区高浓度排放有关，此外沿海环流形势更易于污染物扩散，从时间变化看，2017年明显好于2014年，空气质量逐渐好转[3]。

2.2 污染物时空变化特征

2.2.1 臭氧时空分布特征 分析2013—2018年三个地区地级市臭氧日最大8 h浓度平均值变化（图1～3），上海地区2013—2017年均浓度最高，为71.54 μg m-3，浙江地区年均浓度为60.07 μg·m-3。臭氧浓度在三个地区都存在明显季节变化，夏、春季较高，冬季较低。2013—2017年中，江苏和上海地区夏季平均臭氧浓度最高，分别为79.82 μg·m-3、84.41 μg·m-3;浙江地区春季浓度最高，为71.30 μg·m-3;三个地区冬季臭氧浓度均低于其他三季，分别为40.61 μg·m-3、45.87 μg·m-3、40.40 μg·m-3。

对长三角各地区2014—2017年臭氧年均浓度变化趋势分析得出，江苏地区呈增长趋势，2017年较2014年增长17.75 μg·m-3，增长率34.6%;上海地区2015年臭氧浓度略高于2016年，大体呈年增长趋势，2017年较2014年增长10.58 μg·m-3，增长率为15.8%;浙江地区臭氧浓度2014—2016年基本不变，2017年较2014年增长6.17 μg·m-3，增长率10.6%。江苏地区增长最快，2017年上海地区臭氧浓度最高，为77.6 μg·m-3。

从长三角各地区2014—2017年四季臭氧浓度变化看，江苏地区冬季臭氧浓度2014年为35.43 μg·m-3，2017年增为48.32 μg·m-3;春季臭氧浓度2014年为70.76 μg·m-3，2017年增长为89.23 μg·m-3;夏季臭氧浓度2014年为72.56 μg·m-3，2017年增长为85.53 μg·m-3;秋季臭氧浓度2014年为55.45 μg·m-3，2017年增至56.78 μg·m-3。

上海地区冬季臭氧浓度2014年为41.17 μg·m-3，2017年增长为52.11 μg·m-3;春季臭氧浓度2014年为80.29 μg·m-3，2017年增至89.35 μg·m-3;夏季臭氧浓度2014年为72.82 μg·m-3，到2017年增至97.33 μg·m-3;秋季臭氧浓度2014年为72.85 μg·m-3，2017年增至71.03 μg·m-3。

浙江地区冬季臭氧浓度2014年为35.94 μg·m-3，2017年增至45.44 μg·m-3;春季臭氧浓度2014年为66.75 μg·m-3，2017年增为78.72 μg·m-3;夏季臭氧浓度2014年为66.17 μg·m-3，2017年增至70.69 μg·m-3;秋季臭氧浓度2014年为62.23 μg·m-3，2017年增至61.54 μg·m-3。

分析2014—2017年长三角地区地级市年均臭氧日最大8 h浓度空间变化得出，2014—2017年臭氧浓度普遍升高。2014年臭氧浓度，沿海地区较高而内陆地区较低，这可能与内陆城市受光化学反应、气象条件、污染物输送和扩散影响等;到2017年大部分城市臭氧浓度普遍较高，较2014年污染明显增加。

本研究还统计了长三角各地区臭氧浓度≥100 μg m-3天数，江苏地区13个地级市2014—2017年高浓度臭氧天数明显增加，2017年较2014年增加77.14%;上海地区高浓度臭氧天数大体呈增长趋势，2017年较2014年增加147.22%，上海地区高浓度臭氧天数最多且增长最快;浙江地区11个地级市2016年高浓度臭氧天数比2015年时要低，2017年较2014年增加34.48%。

2.2.2 PM2.5时空分布特征 分析长三角各地区2014—2017年PM2.5年平均浓度变化趋势得出，江苏、浙江地区PM2.5浓度下降趋势明显;上海地区PM2.5浓度总体先增长后下降。2017年PM2.5浓度江苏地区最高，为47.73 μg·m-3，江苏地区在三个地区中下降最快。

长三角各地区地级市2014—2017年PM2.5年平均浓度空间变化分析，PM2.5污染情况从2014—2017年明显转好，呈下降趋势。沿海地区PM2.5浓度比内陆低，可能与沿海地区相对湿度较高原因有关，此外沿海地区大气扩散和大气边界层变化较稳定，利于污染物疏散。

2.2.3 臭氧与PM2.5关系 分析江苏、上海及浙江等三地区2013—2018年臭氧日最大8 h浓度平均值与PM2.5关系得出，2013年2018年臭氧与PM2.5日平均浓度最低和最高值出现季节不同。江苏、上海和浙江地区最高浓度臭氧在每年的夏季，对应的PM2.5浓度较低，臭氧是夏季长江三角洲主要污染物;高浓度PM2.5值一般出现在每年冬季，而此时期臭氧浓度较低。

分析三个地区2014—2017年四季臭氧与PM2.5日平均浓度相关性得出，江苏和上海地区臭氧与PM2.5浓度在夏季呈正相关，相关系数为0.4181、0.4442，冬季呈负相关，相关系数-0.3656、-0.3825，春、秋季呈负相关，但相关性不明显;浙江地区臭氧与PM2.5浓度夏季呈正相关，相关系数0.6086，冬季呈负相关，相关系数-0.1548，春、秋季呈正相关，但相关性不明显。冬季随着灰霾污染逐渐得到控制，PM2.5浓度减少，将会带来臭氧浓度增加，这可能是因为高浓度PM2.5对阳光有遮蔽作用，从而降低臭氧前体物光化学反应，导致臭氧浓度降低。

2.2.4 臭氧与NO2 NO2很大程度上影响着臭氧浓度变化。2013—2018年长三角各地区臭氧与NO2日平均浓度最低和最高值出现季节不同;江苏、上海和浙江地区高浓度臭氧出现在每年夏季，该月份相对应NO2浓度较低。高浓度NO2值一般在每年冬季。

分析长三角各地区2014—2017年臭氧与NO2相关系数，江苏、上海和浙江地区臭氧与NO2浓度在夏季呈正相关，相关系数分别为0.4298、0.1971、0.2075，冬季呈负相关，相关系数分别为-0.4996、-0.6406、-0.5708，春、秋季也呈负相关。

2.2.5 臭氧与CO 分析长三角各地区2014—2017年臭氧日最大8 h浓度与CO日平均濃度关系得出，江苏、上海和浙江地区高浓度臭氧出现在每年夏季，而该月份相对应CO浓度较低，高浓度CO值一般出现在每年冬季。

分析长三角各地区2014—2017年臭氧与CO相关系数得出，江苏、上海和浙江地区臭氧与CO浓度在夏季呈正相关，相关系数分别为0.4664、0.2510、0.3072，冬季及春、秋季均呈负相关，其中冬季相关系数分别是-0.4084、-0.5585、-0.4222，春季分别是-0.1739、-0.3440、-0.3213，秋季分别为-0.2201、-0.2803、-0.3998。

2.2.6 臭氧与AQI 分析长三角各地区（江苏、上海和浙江）2014—2017年臭氧浓度（≥100 μg·m-3）和与其所对应AQI的相关性得出，江苏、上海和浙江三地区臭氧（≥100 μg·m-3）与AQI呈正相关，其中上海地区臭氧（≥100 μg·m-3）与AQI相关系数最高，为0.5108，江苏、浙江两地区分别是0.1498、0.3923，表明上海地区污染事件中，以臭氧为首要污染物天数较其他两地区多，臭氧污染更严重。

3 结论

（1）江苏、上海和浙江2014—2017年AQI大部分为优良天数，少部分天数出现中度、重度及严重污染。空气质量以浙江最好，三个地区空气质量均呈增长趋势。江苏地区优良率增长最快。三个地区空气质量逐渐好转，沿海地区较内陆地区空气质量要好。

（2）2014—2017年长三角各地区臭氧浓度均呈增长趋势，以上海地区最高，臭氧污染最严重。长三角各地区臭氧浓度普遍升高，沿海地区臭氧污染比内陆地区高。长三角各地区2014—2017臭氧浓度存在明显季节变化，夏、春季浓度较高，冬季较低。长三角各地区2014—2017年臭氧浓度≥100 μg·m-3天数均呈增长趋势，以上海地区最严重。

（3）2014—2017年PM2.5浓度长三角各地区均呈下降趋势，以江苏地区下降最快。长三角各地区PM2.5污染情况逐渐好转，沿海地区PM2.5浓度比内陆地区低。

（4）臭氧与三个污染物最低和最高值出现季节不同。高浓度臭氧一般出现在夏、春季，该季节PM2.5和气体污染物浓度较低。臭氧与PM2.5和气体污染物（NOx和CO）相关性，夏季呈高度正相关，冬季呈负相关。冬季PM2.5浓度下降，臭氧浓度反而增加。

（5）长三角各地区臭氧浓度（≥100 μg·m-3）和与其所对应的AQI呈高度正相关。上海地区相关系数最高，为0.5108，说明臭氧对上海地区空气质量影响较大。

参考文献

[1] 单源源，李莉，刘琼，等.长三角地区典型城市臭氧及其前体物时空分布特征[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（5）：72–78.

[2] 刘芷君，谢小训，谢旻，等.长江三角洲地区臭氧污染时空分布特征[J].生态与农村环境学报，2016，32（3）：445–450.

[3] 陳优良，陶天慧，丁鹏.长江三角洲城市群空气质量时空分布特征[J].长江流域资源与环境，2017，26（5）：687–697.

责任编辑：黄艳飞