宁德市大气臭氧污染现状及影响因素

兰 钟

（福建省宁德环境监测中心站，福建 宁德 352100）

1 臭氧的背景

臭氧是一种淡蓝色、有刺激性的气体。臭氧分为“好的”臭氧和“坏的”臭氧，距离地面10至50千米高空的臭氧层，可以吸收紫外光线，保护人体不受侵害；近地面的高浓度臭氧会对人体健康产生严重的破坏作用，包括肺功能改变、呼吸道炎症、气道呼吸阻力增加等，会使哮喘等敏感人群症状加重甚至危及生命。臭氧污染无色无臭，靠人体本身基本无法感知[1]。臭氧还对植物、农产物和动物等存在一定的危害。

2 臭氧的来源

近地面的臭氧主要来源于光化学烟雾。光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有气体污染物，也有气溶胶）所形成的烟雾污染现象，是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾[2]。其主要成分是臭氧（占90%左右）、过氧化酰硝酸酯、醛类、硫酸和氧原子等氧化物。世界上许多国家和地区对臭氧进行了长期连续的观测，开展了光化学烟雾臭氧形成机制及其前体物排放的研究。研究发现近地面的臭氧形成与其前体物氮氧化物和挥发性有机物有很大关系。氮氧化物（NOx）的排放主要来自锅炉燃烧、工业生产、机动车尾气、加油站油气挥发等方面。挥发性有机物（VOC）有两类主要来源：天然源和人为源[3-4]。天然源排放的VOC以异戊二烯和单萜烯为主。人为源则十分复杂，可分为流动源、固定源和无组织源三大类。其中流动源包括与飞机、轮船及机动车等交通工具相关的VOC排放及非道路源的发动机排放；固定源包括化石燃料燃烧、废弃物的焚烧、溶剂的使用、工业生产过程等；无组织源包括生物质的燃烧、溶剂的挥发等过程[5]。人为源最大的特点是多数与燃烧有关，如垃圾焚烧炉的运行和汽车尾气等。

3 臭氧浓度日变化趋势

通过分析宁德市蕉城区农机局国控监测点和市监测站国控监测点2017年6月臭氧浓度小时均值。可得出臭氧小时均值日变化规律十分明显，呈单峰型变化规律。1～8时臭氧浓度处于较低水平且变化不大，7时臭氧浓度最低；9时臭氧浓度开始上升，16时达到峰值，17时臭氧浓度开始逐渐下降。一天中臭氧污染高峰时段在l2～l6时之间，低谷时段在0～8时之间[6]。说明臭氧浓度变化受太阳辐射的影响很大，臭氧是太阳辐射而形成的二次污染物。

4 臭氧浓度月变化趋势

通过分析宁德市蕉城区农机局国控监测点2016年1～12月臭氧8小时监测值[7]看出，2016年1～4月宁德市臭氧月均浓度呈上升趋势；5月臭氧月均浓度上升到最大值；6～12月臭氧月均浓度呈下降趋势。宁德市臭氧月均浓度与臭氧月超标天数的变化趋势较一致，3～6月臭氧月均浓度最高，臭氧超标天数也集中在3～6月。

5 臭氧相关影响因素分析

5.1 臭氧浓度与氮氧化物浓度日变化规律对比

图1臭氧浓度和氮氧化物浓度数据采用宁德市蕉城区农机局国控监测点和市监测站国控监测点2017年6月小时均值，分析臭氧浓度与氮氧化物浓度的变化规律。

图1 臭氧浓度与氮氧化物浓度日变化规律对比

由图1可知：氮氧化物浓度峰型结构为双峰型，第一峰值出现在上午8:00～9:00时，第二峰值出现在下午19:00～20:00时；O3浓度峰型结构为单峰型，下午16:00时达到峰值。结合实际情况分析，早间和晚间多为出行高峰，其中早间尤为严重，车流量密集、尾气排放严重，再加上太阳辐射较弱，臭氧生成速率较低，氮氧化物未来得及消耗，堆积在大气中。从9:00时开始随着太阳光强的不断增加，臭氧浓度不断升高，至16:00时达到峰值。总体上看，臭氧出现峰值的时间比氮氧化物出现峰值的时间滞后约7个小时，此时再加上风速的改变和光化学反应的消耗等因素，氮氧化物浓度降到了最低值。晚间，太阳辐射降低，大气中的光化学反应结束，随着汽车尾气排放的氮氧化物浓度增加，臭氧大量被消耗并生成氮氧化物，氮氧化物重新积累并再次出现峰位，臭氧浓度逐渐下降，并于次日7:00时左右达到最低值。氮氧化物与臭氧之间的相互转化方程式如下：

NO2+hv=NO+O；02+0=03；NO+O3=NO2+O2

5.2 臭氧浓度与温度日变化规律对比

图2臭氧浓度和温度数据采用宁德市蕉城区农机局国控监测点2017年6月小时均值，分析臭氧浓度与温度变化的规律。

图2 臭氧与相对温度日变化特征

由图2可知：O3浓度随温度的升高而升高，随温度的降低而降低。这是因为臭氧在太阳照射下通过光化学反应由一次污染物反应生成，太阳辐射可以促进光化学反应的进行，有利于臭氧的生成。

5.3 臭氧浓度与相对湿度日变化规律对比

图3臭氧浓度和相对湿度数据采用宁德市蕉城区农机局国控监测点2017年6月小时均值，分析臭氧浓度与相对湿度变化的规律。

由图3可知：臭氧浓度与相对湿度呈负相关性，相对湿度达到最低值，臭氧浓度达到最高值。相对湿度指空气中水汽压与饱和水汽压百分比，相对湿度的值显示水蒸气饱和程度，湿度较高时大气中水汽影响太阳紫外辐射在光化学反应的作用，导致大气光化学反应减弱，降低臭氧浓度。相对湿度高有利于臭氧的分解。

图3 臭氧与温度日变化趋势图

5.4 结论

臭氧的前体物氮氧化物基本是人为排放源，主要来自机动车尾气、化石燃料燃烧，工业生产过程也会产生氮氧化物。氮氧化物在高温、低湿、低风速、晴朗无云的情况下，易形成臭氧；低温、高湿、少日照不利于臭氧的生成。现实中可能存在跨区域输送（臭氧输送和前体物输送）或区域内生成（污染输送或本地化学反应）等等条件都会导致臭氧污染的生成不易判断。

6 臭氧污染防治建议

由上述分析可知臭氧污染与氮氧化物的关系密切，因此只有严格控制氮氧化物的排放，才能缓解臭氧污染加剧的趋势。

6.1 建议成立市臭氧防控工作领导小组

由分管副市长任组长，适时出台夏季臭氧污染防控方案，以重点行业和园区为主，全面实施氮氧化物、挥发性有机物综合治理，从源头上做好氮氧化物、挥发性有机物的减排工作。不定期检查企业夏季臭氧污染防控措施情况，检查企业氮氧化合物、挥发性有机物的排放现状。坚决限制和淘汰落后产能，从环保、能耗、技术等方面制定严格的标准，解决污染问题。

6.2 企业要强化责任意识

企业作为节能减排的主体要切实做好节能减排工作，要加强设备更新改造，淘汰落后工艺，推动技术创新和产品提档升级，保证达标排放，实现经济效益与生态效益双赢。

6.3 严格控制机动车尾气排放

制订倾向性政策，引导出行者合理性选择对空气质量有利的出行方式，形成可持续发展的城市交通需求模式和交通设施供给策略，如免费的公交系统、小黄车等。严格落实尾气检测制度，淘汰黄标车。加大重点区域督查力度，加强黄标车及老旧车路检路查和执法力度，控制重型卡车等移动污染源。