青岛市夏季臭氧污染过程特征及影响因素分析

薛莲 刘伟 刘岳峰

摘要：2021年6月4～7日青島市区空气质量降为O3轻度至中度污染，污染过程呈现持续时间长、污染程度较重的表现特征。污染期间大气扩散条件整体不利，且近地面高温、强太阳辐射、弱风等气象条件，有利于O3生成且易导致污染累积。高空有较明显O3污染输送至地面的情况，后向轨迹显示污染气团来自苏北区域。O3污染控制的重点是大型道路运输车辆、加油（气）站、石油液化气挥发以及石化等工业企业的工艺生产过程。

关键词：夏季  臭氧  污染过程  特征  影响因素

中图分类号：X515  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Analysis of Characteristics and Influencing Factors of Ozone Pollution Process in Summer in Qingdao

XUE Lian1  LIU Wei1  LIU Yuefeng2

（1.Qingdao Eco-environmental Monitoring Center of Shandong Province; 2.Qingdao Research Academy of Environmental Science， Qingdao， Shandong Province， 266000 China）

Abstract： From June 4 to 7， 2021， the air quality in the urban area of Qingdao dropped to mild to moderate O3 pollution， and the pollution process showed the characteristics of long duration and heavy pollution. During the pollution period， atmospheric diffusion conditions are generally unfavorable， and meteorological conditions such as near-ground high temperature， strong solar radiation， and weak wind are conducive to the generation of O3 and easily lead to pollution accumulation. At high altitude， O3 pollution was transported to the ground， and the backward trajectory showed that the polluted air mass came from the northern Jiangsu region. The focus of O3 pollution control is on large-scale road transportation vehicles， gas （gas） stations， the volatilization of liquefied petroleum gas， and the technological production processes of industrial enterprises such as petrochemicals.

Key Words： Summer; Ozone; Pollution Process; Characteristics; Influencing factors

近年来，随着社会经济的发展和城市现代化的建设，国内多个城市的O3污染问题突显，且O3日益成为主要污染物影响城市空气质量。为研究O3污染机理及影响，很多学者对不同城市和地区的O3污染特征进行了系统性的归纳总结[1-3]，并针对O3污染过程进行了具体分析研究及来源追溯[4-8]。该研究利用2021年6月4～7日青岛市夏季一次典型O3污染过程的监测数据，分析了此次污染过程中青岛市O3浓度的时间变化规律，探讨了气象条件和区域污染传输对青岛市O3污染的影响，并对VOCs物种的O3生成潜势及来源进行了研究，从而为精细化研究O3污染过程的特征及规律提供实例参考，也为有针对性地提出大气污染防治措施提供科学依据。

1 数据来源及方法

采用2021年6月4～7日青岛市的O3监测数据进行分析，采样点位为青岛市区10个国控点位。O3观测采用美国API 400E紫外吸收O3分析仪，主要利用O3吸收254 nm紫外光前后产生不同强弱电响应的原理，采样为24 h连续自动监测，部分时段由于停电、仪器校准等原因数据无效。O3浓度的垂直分布数据来源于大气臭氧探测激光雷达，通过差分吸收光谱技术监测立体分布和污染过程，点位位于山东省青岛生态环境监测中心院内。气温、降水、风速、风向等气象数据主要采用青岛市区伏龙山气象站的观测数据。

2 结果与讨论

2.1 O3污染过程分析

2021年6月4～7日，青岛市区空气质量出现O3污染，其中4～6日为轻度污染，7日为中度污染（详情见图1）。4日上午，随着市区气温升高、太阳辐射增强，O3生成条件有利，O3浓度迅速升高，中午13时升至173 µg/m3，超出O3小时浓度一级标准（160 µg/m3），15时达到峰值195 µg/m3，傍晚至夜间O3浓度逐渐降低，21～23时降至160 µg/m3以下，全天O3-8h浓度为184 µg/m3，AQI为122，轻度污染。5日白天气象条件利于O3生成，O3浓度逐渐升高，升幅较4日有所减缓，15～19时超出160µg/m3，其中18时达到最高值186 µg/m3，全天O3-8h浓度为170 µg/m3，AQI为110，轻度污染。受上风向污染传输影响，5日夜间至6日凌晨O3浓度维持在90 µg/m3以上，6日白天随着O3生成条件的建立，O3浓度逐渐升高，10时O3超出160 µg/m3，同时伴随着上风向污染传输贡献，11～23时O3浓度一直维持在176～199 µg/m3之间，全天O3-8h浓度为196 µg/m3，AQI为133，轻度污染。7日受本地不利气象条件和上风向污染传输影响，全天O3小时浓度维持较高水平，范围在155～244 µg/m3之间，其中22 h超出160 µg/m3，11 h超出200 µg/m3，全天O3-8h浓度为230 µg/m3，AQI为165，中度污染。

2.2 O3浓度日变化

2021年6月4～5日，青岛市区O3日变化呈单峰型变化规律，凌晨O3浓度较低，7时起随着气温升高、太阳辐射增强，O3浓度迅速升高，至下午17～18时升至最高值，之后O3生成条件减弱，O3浓度缓慢降低;与前两日不同，6～7日O3日变化呈双峰型变化规律，凌晨出现第一个峰值，主要为上风向污染传输影响导致，随着早高峰氮氧化物的滴定作用，O3浓度短时降低，7时左右O3生成条件逐渐建立，O3浓度再次升高，并于13时左右达到最高值，之后緩慢降低。从浓度水平来看，6～7日O3小时值总体较4～5日偏高，除受本地生成影响外，上风向污染传输是重要原因。详情见图2。

2.3 气象因素分析

高空500 hPa天气形势显示，2021年6月4日青岛市由东北冷涡底部控制，随着冷涡的东移，5～7日逐渐转为受宽广的高压脊区控制，高空形势稳定少变，以晴天为主;低空850 hPa天气形势显示，西南气流持续，暖平流明显，低空温度不断上升;地面天气形势显示，4日受低压底部较强气压梯度影响，风力偏强，5～7日受弱低压场控制，等压线稀疏，风力偏弱，以南风为主;垂直廓线分析得出，4～7日近地层风速较小，在高压控制下，以下沉气流为主。

从近地面气象要素来看，4～7日青岛市区平均气温较高，在20.5 ℃～23.8 ℃之间，且太阳辐射较强，主导风向为南到西南风，平均风速在2.2～3.6 m/s之间。总体来看，气象条件有利于O3生成，且近地面的弱风情况导致O3前体物浓度累积且生成O3后不易扩散。

2.4 区域污染传输影响

2021年6月5日夜间至6日凌晨，400 m高空有较明显O3污染输送至地面，市区O3浓度维持在90 µg/m3以上;6日夜间至7日凌晨，500 m高空有明显O3污染输送过程，导致市区O3浓度升至150 µg/m3以上，24 h后向轨迹模型显示污染气团来自苏北区域，在气流作用下向东移动后在南风作用下影响青岛;7日11时后，高温强光照等气象条件利于O3生成，同时高空有较明显输送过程，导致O3浓度较高，12～19时市区O3浓度均在200 µg/m3以上。此次污染过程中，夜间O3污染气团主要分布在高空700 m以下范围内，与南京夏季O3污染过程的浓度垂直分布特征有所不同[8]。

2.5 O3生成潜势

2021年6月4～7日，O3生成潜势排名前十位的VOCs物种依次为：乙烯、丙烯、甲苯、反-2-丁烯、异戊烷、正丁烷、异戊二烯、丙烷、异丁烷、正戊烷。对物种进行来源识别，得出影响青岛市O3生成的主要来源有：机动车排放（乙烯、丙烯、丙烷）、工业企业工艺过程排放（苯系物）、油气挥发（异戊烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷）、液化石油气（反-2-丁烯）和天然源（异戊二烯）。因此，该地O3生成的控制重点是大型道路运输车辆、加油（气）站和石油液化气挥发以及石化等工业企业的工艺生产过程。

3 结论

2021年6月4～7日青岛市区空气质量降为轻度至中度污染，首要污染物均为O3，且部分时段超出160 µg/m3。此次污染过程总体呈现持续时间长、污染程度较重的表现特征。4～5日O3日变化呈现单峰型变化规律，6～7日呈现双峰型变化规律，且O3小时值总体偏高。

高低空天气形势及地面气象资料显示，6月4～7日大气扩散条件整体不利，且垂直方向大气湍流较弱，近地面高温、强太阳辐射、弱风等气象条件有利于O3生成且易导致污染累积。O3激光雷达监测显示，5日夜间至6日凌晨、6日夜间至7日凌晨、7日11时以后高空均有较明显O3输送至地面，导致近地面市区O3浓度明显升高，24 h后向轨迹显示污染气团来自苏北区域，向东移动后在南风作用下影响青岛。

通过分析O3生成潜势得出排名前十位的VOCs物种，以此识别O3生成贡献较大的前体物的污染来源。经分析，该地O3生成的控制重点主要为大型道路运输车辆、加油（气）站和石油液化气的挥发以及石化等工业企业的工艺生产过程。

参考文献

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作者简介：薛莲（1986—），女，硕士，高级工程师，研究方向为生态环境监测。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2111-5042-8221