龙岩市臭氧污染特征分析

连卫中

（福建省龙岩环境监测中心站，福建 龙岩 364000）

21世纪以来，中国经济得到飞速的发展，城市化水平不断提高，人口越来越向城市集中，造成城市环境污染不断加重，全国范围内，很多地区臭氧污染都呈现出不断加重的趋势。近些年大量的研究表明，我国京津冀地区、长江三角洲和珠江三角洲等主要工业发达区域的臭氧污染越来越严重，臭氧和PM2.5已经成为城市环境空气的主要污染物。各地的环境空气监测结果也表明，全国很多城市都存在臭氧超标的问题[1-3]。

臭氧具有强氧化性，是一种比氧气更强的氧化剂，对人体的健康和生态环境都有直接的危害。它不是通过人类活动直接产生和排放的污染物，它主要是由挥发性有机物及氮氧化物这两个前体物在大气中通过光化学反应生成的。

龙岩市位于福建省西部，管辖范围包括新罗区、永定区、上杭县、武平县、长汀县、连城县及漳平市，区域面积为1.9万km2。龙岩市地势东高西低，北高南低。区域内武夷山脉南段、玳瑁山、博平岭等山岭沿东北-西南走向，整体上呈平行分布，全市平均海拔为652 m，属亚热带海洋性季风气候。2019年，龙岩市常住人口为264万人，其中城镇人口为153.12万人。目前，龙岩市臭氧污染及防治措施方面的研究不多。本文通过分析龙岩市各个地区2018-2020年环境空气质量监测数据，得出龙岩市各个地区近地面臭氧浓度变化规律，为今后龙岩市实施各项防治措施、治理近地面臭氧污染提供科学依据。

1 监测数据和评价方法

本研究所使用的龙岩市臭氧和其他污染物（SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5）的监测数据均来自福建省生态云环境空气质量智慧综合平台，所采用的时间范围为2018年1月1日至2020年12月31日。

臭氧评价指标为日最大8 h平均浓度（简称O3-8 h），数据统计参照《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）[4]和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）[5]，城市每天O3-8 h由每一个监测站点（不含对照点）臭氧日最大8 h算术平均浓度算出。根据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中环境功能区分类和质量要求，龙岩市各个地区以臭氧浓度二级标准作为判定标准，O3-8 h二级标准限值为160 μg/m3，O3-1 h二级标准限值为200 μg/m3。

根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012）[6]，O3-8 h划分为5个级别：优（1～100 μg/m3）、良（101～160 μg/m3）、轻度污染（161～215 μg/m3）、中度污染（216～265 μg/m3）、重度污染（265 μg/m3以上）。分别对2018-2020年龙岩市各个地区每天的O3-8 h等级进行统计，同时计算超标天数中O3-8 h作为首要污染物的数量。通过统计2018-2020年龙岩市各个地区O3-8 h第5、10、25、50、75、90、95百分位（其中第90百分位O3-8 h可以用于城市臭氧年度达标评价）和年平均值，对这些数据进行对比，可以看出年际间城市O3-8 h变化规律。

2 结果分析

2.1 龙岩市各个地区臭氧污染情况和变化趋势

统计2018-2020年龙岩市各个地区第90百分位O3-8 h，结果如图1所示。从图1可以看出，2018年、2019年、2020年O3-8 h第90百分位的平均值分别为104、111、104 μg/m3，龙岩市7个地区全部达标。虽然龙岩市各个地区臭氧全部达标，但是龙岩市区（新罗区）在所有地区中还是最高的。从臭氧浓度来看，有些地区逐年下降，如龙岩市区、武平县、连城县，其他地区则先上升后下降，如漳平市、长汀县、永定区和上杭县。这表明龙岩市各个地区臭氧污染的变化趋势各不相同。

图1 2018-2020年龙岩市各个地区第90百分位O3-8 h

统计2018-2020年龙岩市7个地区每日O3-8 h等级，结果如图2所示。从图2可以看出，龙岩市每年优和良等级频次最多，轻度污染频次较少，没有发生中度污染和重度污染。从龙岩市7个地区这三年来看，优级天数逐渐上升，良级天数逐渐下降，轻度污染级别天数也在逐渐上升。根据《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）和《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）的O3-8 h二级标准限值（160 μg/m3）来评价[6]，2018-2020年，龙岩市超标天数中，O3作为首要污染物的天数分别为0、3、8 d。

图2 2018-2020年龙岩市O3-8 h各个级别所占比例情况

统计2018-2020年龙岩市7个地区超标天数中首要污染物所占比例的变化，结果如图3所示。从图3可以看出，2018-2020年，龙岩市7个地区首要污染物主要为PM10、PM2.5和臭氧。PM10和PM2.5作为首要污染物的天数呈现逐年下降的趋势，而臭氧则呈现逐年上升的趋势。

图3 2018-2020年龙岩市超标天数中所有首要污染物分配情况

统计2018-2020年龙岩市7个地区的O3-8 h，分析2018-2020年龙岩市第5、10、25、50、75、90、95百分位O3-8 h变化情况，结果如图4所示。从图4可以看出，2019年O3-8 h各百分位与2018年相比都呈现出一致性的上升，这说明2019年臭氧浓度整体向上抬升。龙岩市7个地区O3-8 h年均值从2018年的68 μg/m3增加到2019年的72 μg/m3，且2020年O3-8 h年均值为69 μg/m3，2020年跟2019年相比略有下降，与2018年差距不大。另外，2020年跟2019年相比，第5、10百分位O3-8 h比2019年高，第25百分位O3-8 h跟2019年相距不大，第50、75、90、95百分位O3-8 h均比2019年低，这说明2020年同2019年相比，O3-8 h有较明显下降，主要表现为低值区浓度上升且高值区浓度下降。

图4 2018-2020年龙岩市O3-8 h百分位浓度的变化情况

统计2018-2020年龙岩市7个地区的O3-8 h，分析龙岩市7个地区2018-2020年O3-8 h百分位浓度的变化情况，结果如图5所示。从图5可以看出，龙岩市7个地区的臭氧污染变化趋势都不一样，其中，龙岩市区（新罗区）臭氧变化不大，长汀县、永定区、上杭县和漳平市臭氧均呈现先升高再下降的变化趋势，武平县和连城县则呈现不断下降趋势。由此可以看出，龙岩市区（新罗区）臭氧变化不大，其余城市臭氧都有所减轻。

图5 2018-2020年龙岩市各个地区O3-8 h百分位浓度的变化情况

2.2 臭氧污染的时间和空间分布特点

2.2.1 时间变化特点

统计2018-2020年龙岩市各个地区O3-8 h污染超标情况，结果如图6所示。从图6可以看出，受太阳光照、太阳辐射和环境温度的影响，龙岩市不同季节O3-8 h的超标天数各不相同，具有比较明显的季节变化特点。春季（3-5月）和秋季（9-11月）的污染比较严重，2018年O3-8 h无超标，2019年O3-8 h超标3 d（6月有1 d，9月有2 d），2020年O3-8 h超标8 d（4月有5 d，5月有2 d，11月有1 d），发生在春季和秋季的臭氧污染超标天数分别占总超标天数的63.6%和27.3%。

图6 2018-2020年龙岩市O3-8 h超标情况

龙岩市属亚热带海洋性季风气候，夏季盛行风以东南风为主，西南风为辅。因为地处沿海地带，龙岩市受台风影响比较大，虽然夏天温度比较高，太阳光照比较强，但是空气流动性比较强，导致臭氧超标情况并不严重。

2.2.2 空间分布特点

统计2018-2020年龙岩市7个地区的O3-8 h，做出龙岩市各个地区O3-8 h年平均值及第90百分位O3-8 h的空间分布状况图，如图7所示。从图7可以看出，龙岩市各个地区的O3-8 h年平均值差距不大；龙岩市区（新罗区）的第90百分位O3-8 h相对较高，其他地区差距不大。

图7 龙岩市各个地区O3-8 h年平均值及第90百分位O3-8 h的空间分布状况

2.3 臭氧（O3）和氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（VOCs）的关系

臭氧不是通过人类活动直接产生和排放的污染物，它主要是挥发性有机物及氮氧化物这两个前体物在太阳光的紫外线作用下通过光化学反应生成的。空气中的氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）主要来源于各种电力设备、工业生产设备、机动车与非机动车尾气、化学溶剂的排放和汽油燃烧产物等。这些污染物不断聚集，在不能得到快速扩散的情况下，浓度会不断增高，再遇上温度高、太阳光照强、辐射强的环境条件，就会产生大量的臭氧。

3 龙岩市臭氧的污染防治方法

龙岩市是福建省管辖的地级市，位于福建省西部，2019年常住人口为264万人，其中城镇人口有153.12万人，城市化率为58%。管辖范围包括新罗区、永定区、上杭县、武平县、长汀县、连城县及漳平市。境内矿产丰富，森林覆盖率为77.9%，居福建省首位。

龙岩市是福建省重要的矿区、林区和煤炭产区，以机械加工、矿产加工、水泥建材生产、食品加工、环保装备和卷烟生产为主导产业。改革开放后，社会经济得到了飞速的发展，特别是进入21世纪以来，随着城市规模的不断扩大，城市化率不断提高，各种机动车与非机动车数量增加，这使得环境空气污染越来越严重，臭氧污染不断加剧。所以，通过分析和研判臭氧监测数据，制定各种科学的方法对臭氧进行防治越来越成为一种重要和紧迫的工作[7-11]。

通过统计和分析2018-2020年龙岩市7个地区的环境空气质量监测数据，针对龙岩市臭氧污染防治，本研究提出以下建议：控制煤炭的消费总量，大力发展风电、水电、太阳能等清洁能源，推进清洁生产审核；进一步推进工业企业和电力源NOx的减排，淘汰各种落后的产能和小锅炉；进一步推进各种交通源的污染控制，淘汰各种不合格的机动车和非机动车；进一步推进生活源NOx的减排；制订在不利的气象条件下臭氧超标的各种应急方案；进一步推进区域间臭氧的联防联控。

4 结论

2018-2020年，龙岩市各个地区第90百分位O3-8 h的平均值均可以达标，龙岩市超标天数中O3作为首要污染物的天数分别为0、3、8 d。O3作为首要污染物引起的污染在不断加重，并且处于上升趋势。2018-2020年，龙岩市各个地区臭氧污染变化趋势各不相同，龙岩市各个地区O3-8 h超标天数都存在明显的季节变化特点，其中春季和秋季臭氧污染最严重。2018-2020年，龙岩市各个地区O3-8 h的年均值差距不大，龙岩市区（新罗区）的第90百分位O3-8 h相比其他地区略高，其他地区差距不大。