潍坊市中心城区臭氧变化分析

2022-09-30山东省潍坊生态环境监测中心徐伟红肖泱

区域治理 2022年35期

山东省潍坊生态环境监测中心徐伟红，肖泱

虽然臭氧(O3)在大气中的含量不是特别高，但由于其氧化性较强，地面高浓度的O3不仅会导致植物生长异常，还会对人体造成较大的危害。很多研究表明，O3对呼吸道损害较大，不仅可能引发哮喘、胸闷、咳嗽、肺功能减弱导致肺组织受损，甚至还会损害神经系统，激发头痛进而使思考能力下降[1-3]。近年来，随着城镇化步伐的加快，城市中的光化学污染逐渐加剧，加之O3作为首要污染物的时间逐渐增多，O3污染逐渐成为人们关注的焦点，并在很多地区也已成为环境空气污染的首要因素[4]。

当前，国内外对O3的来源、成因、以及各种气象及地形条件对O3的影响，控制治理措施等方面进行了大量的研究工作[5]。为系统性地了解潍坊市区近年来O3的污染规律，本文利用2015-2020年潍坊市区内5个地面环境空气质量自动监测站点的O3监测数据，总结了潍坊市中心城区O3的变化趋势，并分析了O3与其他污染物如温度、降水等的变化关系，为潍坊市区的环境治理决策以及大气污染防治工作提供技术和理论支持。

一、数据来源与研究方法

（一）数据来源

“十三五”期间，潍坊市在市区不同的行政区域内，共布设5个地面环境空气质量自动监测站点（国控点），分别为市环保局、潍坊医学院、潍坊七中、坊子邮政、寒亭监测站。5个国控点分布对城市环境空气中的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）等6项常规污染物的浓度变化和气温、气压、湿度、风速、风向等气象参数进行实时、不间断地监测。本文所采用的O3及其他污染物数据均来自潍坊中心城区5个国控站点，时间跨度为2015-2020年，气象数据来源于潍坊市气象常规观测资料。

（二）评价方法

“十三五”期间，潍坊市全部空气站均开展了常规的六种参数监测，即SO2、NO2、O3、CO、PM10、PM2.5，评价标准执行《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）[4]及其修改单，即SO2、NO2、O3、CO、NOX等气态污染物浓度以参比状态下的浓度评价，PM10和PM2.5浓度为监测时大气温度和压力下的浓度。依据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）[6]和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663-2013）[7]，臭氧的日评价指标为日最大8小时平均浓度（用“O3-8h”表示），年评价指标为日最大8小时滑动平均值的第90百分位数（用“O3-8h-90per”表示）。当“O3-8h”高于160ug/m3时，空气质量达到轻度污染级别[8]。

二、结果与讨论

（一）O3年变化特征分析

《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ633-2012）[8]中规定当AQI（空气质量指数）大于50时，IAQI（空气质量分指数）最大的污染物为首要污染物，IAQI大于100的污染物为超标污染物。图1显示的是2015 -2020年潍坊市中心城区O3作为首要污染物的变化情况。由图可见，O3作为首要污染物的累计时间总体呈现出增加的趋势，在最近两年出现略微缓降。除2016年外，其他年份以O3为首要污染物的累计时间均在100天以上，2018年更是达到了135天，因此O3显然成为潍坊市环境空气质量的主要影响因子之一。

图1 潍坊市中心城区2015 -2020年O3为首要污染物累计时间

潍坊市中心城区O3污染状况如表1所示，其中O3超标天数占全年污染天数的百分比由2015年的35.33%快速增长至2020年的46.46%，共增加11.13个百分点，并在2020年时与PM2.5占全年污染天数的比例基本持平，O3近几年超标比例持续上升，已成为仅次于PM2.5的大气污染重要影响因素。

表1 潍坊市中心城区2015-2020年O3污染状况

（二）月和季节变化特征分析

据2015-2020年潍坊市中心城区“O3-8h”浓度变化情况分析，“O3-8h”浓度受季节变化的影响显著，呈现明显的倒V形分布，一年中，“O3-8h”浓度整体表现出夏季最高，春秋次之，冬季最低，与气温和太阳辐射强度的气候规律相一致。O3污染的影响时间较长，主要发生在5-10月份，其中6-8月份超标严重，同时O3高值范围不断扩大，表明O3持续性污染范围增多。

（三）臭氧与其他污染物的关系

1.臭氧与颗粒物

图2为潍坊市中心城区2015-2020年O3和颗粒物月均质量浓度的变化关系。如图2所示，夏季颗粒物浓度较低，但O3污染较为严重；冬春季因为气候干旱及燃煤供暖的影响，颗粒物浓度较高，而此时O3浓度较低。整体来看，一年中O3与颗粒污染物表现出大致相反的变化趋势。

图2 O3与颗粒物浓度关系

2.臭氧与氮氧化物

臭氧生成的重要前体物有NOX和VOCS等[9]。由于数据资料有限，本文仅讨论NO2等前体物与O3浓度的关系。图3显示出潍坊市中心城区2015-2020年NO2月均浓度与O3变化趋势相反，呈负相关性，即随着NO2浓度的增加，O3浓度反而会降低。分析其原因，主要是由于太阳辐射较强的夏季，有利于光化学反应的进行，前体物的消耗相对较多，从而生成较多的O3；而冬季则相反，前体物消耗减少，因此生成的O3也相应较少[10]。

图3 O3与NO2浓度关系

（四）臭氧与温度、降水量的相关性分析

气温、相对湿度等气象因素是影响O3浓度的主要因素之一[11-12]。由图4可以看出，臭氧和温度呈现显著正相关（相关系数0.7358）的变化趋势，气温升高加剧了光化学反应的发生，产生的O3浓度对应变高。O3年变化总体呈现“双峰型”的特点，在6月时O3浓度逐渐达到峰值，而在7-8月降水较多时，O3浓度比6月份反而有所降低，但总体水平仍然较高，雨季过后至9月份时又会出现一个峰值，进入10月份之后又逐渐下降。这是因为潍坊处于季风气候的影响下，降水主要集中在7、8月份，由于降水过程对太阳辐射有一定的抑制作用，从而减弱了光化学反应的发生，同时降水导致的湿沉降也有效减少了O3的产生[13]。