宜春市城区2015—2019年臭氧污染特征分析及防治对策

刘慧婷，李 薇

(宜春职业技术学院，江西 宜春 336000)

0 引言

臭氧(O3)是氧气(O2)的同素异形体，在常温下，它是一种具有特殊臭味的淡蓝色气体。在高空中，氧可以形成臭氧层，从而保护人类避免紫外线的直接辐射。但出现在大气层中的低空臭氧，却是城市光化学烟雾的一种成分，对人类有害。

近地面臭氧是城市大气的重要污染物，它不是污染源直接排放产生的，而是由氮氧化物(NOX)、挥发性有机物(VOCs)等前体物在合适的气象条件下反应产生[1-3]。

臭氧污染比PM2.5污染更具隐蔽性，PM2.5的浓度超标时，空气能见度下降，人们更容易感知污染的存在，及时采取防范措施。但臭氧达到了污染浓度，从视觉上是看不出来的，虽然看起来蓝天白云，但臭氧浓度可能已经超标了[4]。臭氧几乎能与任何生物组织反应，对呼吸道的破坏性很强；会刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低；会阻碍血液输氧功能，造成组织缺氧等。孕妇和儿童是受臭氧污染的最危险人群[5]。

从2013年开始宜春市城区大气污染主要是PM2.5污染，但近2a随着大气污染治理强度加大，PM2.5浓度明显下降，臭氧污染问题却日益凸显。

1 数据与方法

1.1 数据来源

宜春市城区共有5个空气自动监测点位，分别为槟榔水业监测点、宜春学院北校区监测点、市广电局监测点、市气象局监测点和市石油公司监测点[6]。监测项目包括细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)。

本研究所使用的近地面污染物浓度数据来源于宜春市环境监测站2015—2019年例行监测数据。

1.2 评价方法

臭氧8小时(O3-8h)是一个滑动平均值，是根据一天中8∶00—24∶00间臭氧最高的连续8h得出的平均浓度值，作为评价这一天臭氧污染水平的标准。依据《GB3095-2012环境空气质量标准》来判定臭氧超标情况，O3-8h质量浓度大于二级标准(160μg/m3)即为超标。(轻度污染：160μg/m3

2 结果与讨论

2.1 总体概况

宜春市位于江西省西北部，地处赣西北山区向赣抚平原过渡地带，地形复杂多样，地势自西北向东南倾斜。具有亚热带湿润气候特点，春夏之交湿润多雨，夏秋间晴热干燥，冬季阴冷[7]。尤其是夏秋季，宜春市城区光照时间长、气温高、湿度低、近地面风速小。当大气中机动车及其他各类污染源排放的NOX和VOCs充足时，易发生光化学反应生成高浓度臭氧，在不利于扩散条件下极易出现臭氧污染[8]。

近5a，宜春市城区臭氧超标时间呈增加趋势。2015年宜春市城区没有出现臭氧污染超标情况。2016—2019年，臭氧超标时间分别为9d、11d、10d和50d，均为轻度污染，对应的O3-8h年超标率分别为23.7%、18.3%、31.3%和83.3%。由此可见宜春市城区臭氧污染问题逐渐加重。

2.2 年变化特征分析

首要污染物是指每日空气质量指数(AQI)>100时，空气质量分指数最大的污染物[9]。图1给出了2015—2019年宜春市城区O3为首要污染物的变化情况。

由图1可以看出，O3为首要污染物的累计时间，除2017年比2016年减少之外，基本上为逐年增加趋势，尤其是2018、2019年这2a，O3为首要污染物的累计时间大幅增加至96d、145d，O3成为继PM2.5后的另一重要污染物[9]。

宜春市城区2015—2019年O3年均质量浓度变化趋势如图2所示。从整体上看，O3质量浓度呈缓慢上升趋势，2016—2018年3a间O3年均质量浓度基本持平，保持在78～79μg/m3，而2015—2016年O3年均质量浓度有一个明显上升过程，升高了13μg/m3，2018—2019年有更大上升，升高了16μg/m3，达到95μg/m3。

2.3 月和季节变化特征分析

宜春市城区O3月均质量浓度具有一定的月变化特征，从图3可看出，1—5月O3质量浓度逐渐升高，6—7月有所回落，8—9月再大幅上升，9月为O3污染最为严重的时候，即发生在夏秋之季，2019年9月O3月均质量浓度达到167μg/m3，超出二级标准限值。9月之后开始下降。5年O3月均质量浓度大致呈“双峰”型分布，这一特征与柴敏平等[10]对江西全省11个设区城市O3月变化特征一致。O3月均质量浓度在5月和9月达到峰值(分别为99μg/m3和116μg/m3)，6月和8月次高(分别为93μg/m3和100μg/m3)，12月O3月均质量浓度最低。

7月份O3质量浓度存在一个低点，主要原因是7月前后宜春市处于梅雨季节，降水量大且持续时间长，不利于空气中的NOX和VOCs生成O3。光照减少及温度降低等气象条件的改变是导致O3浓度下降的重要因素[11]。

按照我国气候情况将全年数据划分为4个季节，12月—次年2月为冬季，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季[12]。由于O3的生成受不同气象条件影响，所以在各季节的变化特征也有所不同，图4统计了宜春市城区5a的季节性平均O3质量浓度趋势情况。

由图4可以看出，2015、2016年O3浓度呈现出较为一致的变化趋势，主要表现为夏季浓度较高，春秋季略低，且2016年各季节浓度均高于2015年。2017年春季浓度最高。2018、2019年O3浓度秋季最高，且2019春夏秋三季浓度均高于2018年，冬季浓度比2018年略低。总体而言，O3浓度高值主要集中在春末和夏秋季，尤其是2019年夏秋季浓度进一步上升，远高于往年水平。

2.4 O3与其他污染物的关系

2.4.1 O3与颗粒物

图5给出了宜春市城区5a间颗粒物月均质量浓度和O3月均质量浓度的关系。2015—2019年宜春市城区颗粒物超标总时间累计达到121d，高于5a间O3超标累计总时间80d，但变化趋势呈相反情况。冬春季颗粒物浓度最高，污染最严重，而此时O3浓度较低。夏秋季是O3污染最严重的时段，此时颗粒物浓度较低。

颗粒物与O3虽为不同类型的大气污染物，但颗粒物本身具有消光作用，可以吸收和散射太阳辐射[13]，从而削弱光化学反应生成O3的几率。

2.4.2 O3与其前体物NO2和CO

O3浓度变化受其前体物NOX、CO和VOCs浓度变化的影响，其产生和消耗决定于光化学反应[14]。图6给出了宜春市城区5a间NO2、CO月均质量浓度与O3月均质量浓度的关系。

从图6中可以看出，NO2、CO月均浓度变化趋势和O3正好相反，冬季浓度较高，夏季浓度较低。主要是由于夏季光化学反应强烈，前体物消耗较多，生成O3浓度高，而冬季太阳辐射弱，前体物消耗少，O3生成也较少[15]。

3 臭氧污染成因及对策建议

3.1 臭氧污染成因分析

城市臭氧污染与前体物(NOX、VOCs)的人为大量排放密切相关，NOX、VOCs在太阳辐射作用下通过光化学反应生成O3[16]，造成臭氧污染。

(1)机动车尾气排放

随着城市化进程加快，宜春市城区机动车保有量快速增长，汽车尾气排放量激增，排放到大气中的NOX和VOCs总量不断增加，致使地面臭氧浓度不断升高[17]。

(2)工厂企业污染物排放

石化、炼焦、医药、化工、印刷、喷涂等行业存在NOX和VOCs等超标排放。此外，一些工厂企业在生产过程中，由于设备老化、密闭程度不高、环保设备投资较少等原因造成NOX和VOCs排放量增加[5]。

3.2 臭氧污染防控建议

(1)环保部门要加强对臭氧污染的重视，开展专项督查和诊治。

(2)减少机动车尾气排放。一方面加强机动车管理，特别是黄标车和老旧车辆的路检路查力度，另一方面缓解交通拥堵，疏通道路，减少大量车辆长期低速怠速行驶产生的尾气排放。

(3)倡导低碳出行。优化交通线路，调高城区停车费用，鼓励引导市民使用共享单车。

(4)加大对工厂企业的监管力度。切实从源头上严控、中间严管、末端严惩[5]。把涉及NOX和VOCs排放的单位作为重点监管对象。

(5)加强宣传，扫除盲区。在市民中宣传普及臭氧污染的相关知识，只有让大众扫除了盲区，才能引起大家的重视和关注，才能有效推动预防和治理[18]。

4 结论

(1)宜春市城区2015—2019年O3为首要污染物、超标时间及年均质量浓度逐年增加，尤其是2019年呈现快速增加形势。O3污染有加重趋势。

(2)总体而言，O3质量浓度春末和夏秋季最高。O3质量浓度月均特征呈现双峰分布，5月和9月达到峰值，7月呈回落趋势，这与宜春市城区雨季情况相符。

(3)O3质量浓度与颗粒物质量浓度呈相反规律，颗粒物在冬春季污染严重，O3在夏秋季为主要污染。O3质量浓度与NO2、CO质量浓度也呈相反规律，这是因为NO2、CO为O3的前体物，在夏秋季光照强烈的情况下，NO2、CO通过光化学反应生成O3，所以NO2、CO质量浓度减小，O3质量浓度增大。

(4)应加强环保部门认识、加强机动车管理、倡导低碳出行、加大对工厂企业的监管力度和加强群众宣传。