江苏省春季臭氧污染特征分析

杨雪，秦玮，王晨波，茅晶晶

(1.江苏省环境监测中心，江苏 南京 210019；2. 江苏省苏力环境科技有限责任公司，江苏 南京 210019)

自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来，全国各地多举措治理PM2.5，2017年京津冀、长三角、珠三角区域PM2.5平均值较2013年分别下降39.6%、34.3%、27.7%，蓝天保卫战初见成效[1]。但随着近年来工业化、城市化进程加快，大气中的ρ(臭氧)(O3)呈上升趋势，2019年，我国337个地级以上城市ρ(O3)为148 μg/m3，较2018年上升6.5%[2]，江苏省ρ(O3)为173 μg/m3，同比上升6.8%。多项研究和监测数据显示，京津冀、长三角和珠三角等人口高度密集的城市，O3污染尤其严重[3]，O3已经成为继PM2.5后又一对空气质量有重要影响的污染物，春、夏季温度升高，光照充足，易于O3形成[4-6]。现对江苏省2018—2020年春季江苏省O3监测数据进行分析，探索春季O3污染对江苏省空气质量的影响，为政府部门制定O3的管控措施及大气污染防治提供技术支撑。

1 研究方法

1.1 数据来源

O3数据来源于江苏省13个设区市(苏北区域：徐州、连云港、淮安、盐城和宿迁5市；沿江区域：南京、无锡、常州、苏州、南通、扬州、镇江和泰州8市)72个国控空气自动站点实时监测，采集频率为1 h，连续24 h自动监测。

1.2 数据时间

2018—2020年3—5月(春季)。

1.3 评价方法

依据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[7]、《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)[8]；O3日评价项目为O3的日最大8小时平均值(以下简称“O3-8 h”)；O3月评价、春季时间段内评价项目为 O3-8 h的第90百分位数浓度(以下简称“O3-8 h-90 per”)，以《GB 3095—2012》中规定的 O3-8h二级限值判定是否超标；日变化分析评价项目为O3小时值(以下简称“O3-1h”)。

2 结果与讨论

2.1 ρ(O3-8h-90 per)

2.1.1 年度变化

图1为2018—2020年春季江苏省及区域ρ(O3-8h-90 per)。由图1可见，江苏省ρ(O3-8 h-90 per)分别为169，178和174 μg/m3，超过国家标准二级限值5.6%，11.3%和8.8%；苏北区域分别为167，172和172 μg/m3，沿江区域分别为170，181和176 μg/m3，苏北区域略低于沿江区域，偏差<5%。

图1 2018—2020年春季江苏省及区域ρ(O3-8 h-90 per)

利用ArcGIS软件的IDW插值工具，对春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)进行渲染得出区域分布情况，见图2(a)(b)(c)。

图2 2018—2020年春季江苏省城市ρ(O3-8 h-90 per)分布

由图2可见，2018年春季，南京和镇江2市ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，其余城市均超过限值要求，为163～189 μg/m3；常州和泰州2市ρ(O3-8 h-90 per)较高，≥180 μg/m3；徐州市其值接近180 μg/m3。

2019年春季O3污染最重，表现为13个市ρ(O3-8 h-90 per)均超过国家标准二级限值，其中无锡、常州、扬州、镇江和泰州5市较高，>180 μg/m3，南通市为163 μg/m3，为2019年春季其值最低城市。2020年春季，南通市ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，其余城市均超过限值，为166～188 μg/m3，南京、扬州和泰州3个城市较高，>180 μg/m3，其余城市除连云港外，均≥170 μg/m3。总的来说，2018—2020年春季，江苏省13个设区市ρ(O3-8 h-90 per)高值区主要集中在沿江中部和西南部区域，沿江靠海城市污染略轻，苏北区域O3污染不容忽视。

2.1.2 月度变化

图3为2018—2020年春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)月变化。由图3可见，近3年江苏省春季O3污染主要发生在4—5月，3月ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，4和5月均未达标。除2018年春季呈波动上升外，其余2年ρ(O3-8 h-90 per)均呈逐月上升趋势，最高值出现在2019年5月，达207 μg/m3，超过国家标准二级限值29.4%。

图3 2018—2020年春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)月变化

2.1.3 日变化

图4(a)为2018—2020春季江苏省ρ(O3-1 h)日变化情况。由图4(a)可见，ρ(O3-1 h)日变化呈“单峰型”，每日06:00—07:00处于最低值，最高值出现在15:00—16:00，ρ(O3-1 h)最高值呈逐年上升趋势。2020年春季，ρ(O3-1 h)总体高于2018和2019年，主要体现在每日07:00—15:00，该时间段内ρ(O3-1 h)平均值较2018和2019年分别高26.1%和15.6%。图4(b)(c)为2018—2020年春季O3污染日和非污染日江苏省苏北和沿江2个区域ρ(O3-1 h)日变化情况。污染日和非污染日ρ(O3-1 h)日变化趋势一致，均呈“单峰型”，污染日振幅大于非污染日。非污染日苏北区域ρ(O3-1 h)均高于沿江区域，偏高幅度较为明显的时间段22:00—次日07:00，偏高幅度均超过20%，其他时间段偏高幅度较小；污染日12:00—18:00，沿江区域ρ(O3-1 h)高于苏北区域，沿江区域峰值为200 μg/m3，高于苏北区域6.2%，其他时间段苏北区域ρ(O3-1 h)高于沿江区域。

图4 2018—2020年春季江苏省ρ(O3-1 h)日变化

2.2 O3超标情况及首要污染物占比

2.2.1 O3-8 h频率分布

图5(a)(b)为2018—2020年春季江苏省区域ρ(O3-8h)频率分布。由图5可见，2018—2020年春季，江苏省ρ(O3-8h)频率较高的区间集中在80～120 μg/m3，所占比例接近20%；沿江区域ρ(O3-8h)出现频率较高的区间往前递推20 μg/m3，集中出现在60～120 μg/m3，苏北区域ρ(O3-8h)出现频率较高的区间往后递推20 μg/m3，集中出现在80～140 μg/m3，所占比例均>15%。140～160 μg/m3的上限是环境空气质量标准中规定的O3二级限值，属于临界超标区间，苏北区域和沿江区域ρ(O3-8h)在该区间出现频率分别为12.5%和12.8%，2个区域仅差0.3个百分点，O3污染潜在风险相当。沿江区域ρ(O3-8h)>200 μg/m3的出现频率为3.7%，苏北区域为1.9%，因此，沿江区域较苏北区域更易出现O3高值，更易出现O3中度污染。

图5 2018—2020年春季江苏省区域ρ(O3-8h)频率分布

2.2.2 O3超标率

图6和7为2018—2020年春季江苏省及13个设区市O3超标率。2018—2020年春季，江苏省O3超标率分别为14.7%，16.9%和17.1%，呈逐年递增趋势。O3超标现象3月鲜有发生，超标率<1.5%，主要集中在4和5月，其中2019和2020年5月O3超标情况较为显著，超标率均>30%。

沿江区域城市O3超标率总体高于苏北区域，O3超标率>20%均出现在沿江区域城市，如南京(2020年20.7%)、镇江(2019年20.7%)、扬州(2019年20.7%，2020年21.7%)、常州(2018年21.7%)、无锡(2020年22.8%)，苏北区域城市中超标率相对较高的为连云港和宿迁市，超标率≈20%，如连云港(2019年18.5%)、宿迁(2019年18.5%，2020年19.6%)。

图6 2018—2020年春季江苏省O3超标率及月变化

图7 2018—2020年春季江苏省13个城市O3超标率

2.2.3 O3作为首要污染物且超标情况

图8(a)(b)(c)为2018—2020年春季影响江苏省空气质量的首要污染物超标占比。2018—2020年春季，O3作为首要污染物且超标的占比逐年升高，依次为46.7%，67.7%和93.6%；PM2.5作为首要污染物且超标的占比逐年降低，依次为37.8%，31.1%和5.6%，江苏省春季空气质量影响因子逐渐从PM2.5转为O3。

图8 2018—2020年春季影响江苏省空气质量的首要污染物超标占比

图9为2018—2020年春季首要污染物为O3的污染类别占比。对O3作为首要污染物的污染日按空气质量类别分类统计可知，近3年春季受O3影响江苏省空气质量以轻度污染为主，2018—2020年春季受O3影响空气质量达到轻度污染的占比分别为95.9%，85.0%和92.6%，受O3影响空气质量达到中度污染的占比较小，近3年分别为4.1%，15.0%和7.4%，未出现因O3导致的重度及以上污染天。

图9 2018—2020年春季首要污染物为O3的污染类别占比

3 结论

(1)2018—2020年春季，江苏省ρ(O3-8 h-90 per)均超标，分别>标准限值5.6%，11.3%和8.8%。苏北区域ρ(O3-8 h-90 per)略低于沿江区域，偏差<5%。除2018年外，其他2年春季ρ(O3-8 h-90 per)呈逐月上升趋势，最高值出现在2019年5月，达207 μg/m3，超出标准限值29.4%。

(2)江苏省13个设区市ρ(O3-8 h-90 per)高值区主要集中在沿江中部和西南部区域，如南京、无锡、常州、扬州、镇江和泰州等市，沿江靠海城市污染略低，如南通市，苏北区域容易出现高值，如徐州、淮安等市。

(3)ρ(O3-1h)日变化呈“单峰型”，峰值呈逐年上升趋势，2020年春季07:00—15:00ρ(O3-1h)总体高于2018和2019年。非污染日苏北区域ρ(O3-1h)均高于沿江区域，主要时间段体现在夜间至次日早晨，偏高幅度均超过20%；污染日中午至傍晚时段，沿江区域ρ(O3-1h)高于苏北区域，峰值高于苏北区域6.2%，其他时间段苏北区域ρ(O3-1h)仍高于沿江区域。

(4)从日ρ(O3)分布来看，2018—2020年春季，江苏省日ρ(O3)出现频率较高的区间为80～120 μg/m3，出现频率约为20%，沿江区域日ρ(O3)出现频率较高的区间为60～120 μg/m3，苏北区域为80～140 μg/m3，出现频率均超过15%。沿江和苏北区域日ρ(O3)在140～160 μg/m3区间的出现频率分别为12.5%和12.8%，O3污染潜在风险相当。沿江区域较苏北区域更易出现O3高值，也更易出现O3中度污染。

(5)2018—2020年春季，江苏省O3超标率呈逐年递增趋势，分别为14.7%，16.9%和17.1%。O3超标现象主要集中在4月和5月，2019年和2020年5月O3超标情况较为显著，超标率均>30%。沿江区域城市O3超标率总体高于苏北区域，沿江区域的南京、镇江、扬州、常州、无锡出现过单月O3超标率>20%的情况，另外苏北区域的连云港和宿迁市，单月O3超标率接近20%。

(6)O3对江苏省春季空气质量的影响逐年加大，主要体现在O3作为首要污染物且超标的占比逐年升高。2018—2020年春季依次为46.7%，67.7%和93.6%；而PM2.5作为首要污染物且超标的占比逐年降低，江苏省春季空气质量影响因子逐渐从PM2.5转为O3。因O3污染而导致的空气污染日，其空气质量类别以轻度污染为主，2018—2020年春季，平均90%的O3污染日为轻度污染，受O3影响空气质量达到中度污染的占比较小，平均<10%，没有出现因O3导致的重度或严重污染日。