西和县城区低空大气臭氧浓度变化及污染防治

2023-09-24杨帆

资源节约与环保 2023年9期

杨帆

（陇南市生态环境局西和县分局甘肃陇南 742100）

引言

近年来，我国大气环境中臭氧污染物浓度总体呈缓慢上升态势。其中，2022 年全国339个城市中有92 个城市臭氧超标，占全国城市的27.1%，臭氧浓度平均为145μg/m³，较2021 年上升5.8%。臭氧主要是氮氧化物、一氧化碳和挥发性有机物等在阳光下发生光化学反应而生成的，也是大气中的强氧化剂。臭氧和其它化合物发生反应时，会生成有毒的空气污染物。尤其是低空大气中的臭氧，离地面较近，如果浓度过高，会严重危害人类健康、动植物生长和生态环境。

西和县，位于甘肃省东南部，隶属于陇南市，地处长江流域西汉水上游。气候湿润，四季分明，属暖温带半湿润性气候，年平均气温8.4℃，平均日照1842h，年均降水量为533mm，被誉为“中国半夏之乡”，生态环境优良，是北纬34°上的“绿色宝库”。近年来，西和县牢固树立并践行“两山”理念，以“美”为宗旨，把环境保护作为重大整治责任，高位统筹保护与发展，守护好西和的绿水青山。近年来，随着西和县经济的快速发展，机动车保有量的持续增长，其区域低空大气臭氧含量越来越高。因此，通过对西和县城区低空大气臭氧污染物实时监测及监测结果分析，有利于人们了解低空大气臭氧污染现状、时间分布规律等，为臭氧污染防治提供重要依据。

1 西和县城区低空大气臭氧监测方案

1.1 监测仪器

西和县城区环境空气自动监测站使用北京中晟1208 型臭氧分析仪（紫外分光法），用光度计对零气周期（参照周期）和样气周期（测量周期）中紫外线辐射的强度进行交替的连续的测量。日常严格按照《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193-2005）要求规范操作、校准及维护，对所取数据按仪器规范进行质量控制，剔除无效数据。

1.2 监测点位

目前西和县城区设有一个环境空气自动监测点，位于西和县城区中心西和县党校楼顶，距离地面20m，周围无污染源及高大建筑物，符合《环境空气质量监测点位布设技术规范》（HJ664-2013）要求。

1.3 监测数据

本文研究所使用的臭氧浓度及其他相关污染物浓度数据来源于2021 年监测结果，数据采用原始实况小时值、日均值、月均值和季均值。数据有效性按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）和《环境空气质量评价技术规范》（试行）（HJ663-2013）执行。

2 西和县城区低空大气臭氧浓度变化特征

本文选取2021 年西和县环境空气自动监测点连续监测大气臭氧质量浓度数据，并对所取得的数据按照仪器规范进行质量控制，剔除了无效数据。然后，根据监测数据分析西和县低空大气臭氧浓度变化特征。

2.1 臭氧浓度时间分布

2.1.1 臭氧浓度小时均值日变化

根据西和县2021 年1～12 月臭氧、一氧化碳、氮氧化物及气象条件统计数据（见表1），2021年，西和县城区低空大气臭氧浓度平均振幅最大为8 月，达106μg/m³；最小为11 月，达34μg/m³。但每月的振幅最高值出现的时间有一定差异，主要集中在每天的11:00～15:00 之间，最高小时浓度值出现在6 月6 日，达到了171μg/m³。每天的0:00～7:00 左右，臭氧浓度值最低小时浓度值在20μg/m³左右。

表1 西和县2021年1～12月臭氧、一氧化碳、氮氧化物及气象条件统计

2.1.2 臭氧浓度日均值月变化

由表1 可知，西和县低空大气环境中臭氧浓度值在5～8 月的春末夏季浓度值较高。其中，6 月臭氧浓度最大日均值达165μg/m³，5 月臭氧浓度最小日均值为90μg/m³；10 月、11 月、12 月地面臭氧浓度较低，分别为59μg/m³、56μg/m³、60μg/m³，处于测得的全年臭氧浓度值最低水平。

2.2 臭氧小时平均浓度频率

2.2.1 总体分布

经监测，2021 年1～12 月西和县低空大气环境中臭氧小时平均浓度出现频率整体呈现出类似指数衰减分布特征，臭氧浓度高值出现频率相对较少。臭氧日最大8 小时平均浓度大于GB 3095—2012 二级标准（160μg/m³）的为6 月，当月超过二级标准的占3.4%。

2.2.2 月变化

2021 年1～12 月西和县低空大气环境中臭氧小时平均浓度频率分布情况见表2。2～9 月出现大于GB 3095—2012 一级标准（100μg/m³）的频率为10.71%～83.9%，其中5 月、6 月明显多于其他月份，尤其是6 月监测臭氧污染浓度超过了GB 3095—2012 二级标准（160μg/m³）。1 月、10 月、11 月、12 月臭氧小时平均浓度全部分布在低于GB 3095—2012 一级标准（100μg/m³）范围内。

表2 西和县2021年1～12月臭氧小时平均浓度频率分布情况（%）

2.2.3 季变化

以季节划分来看，西和县低空大气环境中的臭氧污染物春、夏、秋、冬平均浓度为96.67μg/m³、101.67μg/m³、63μg/m³ 和75μg/m³。其中，低空大气环境中臭氧污染小时均值达到GB 3095—2012二级标准（160μg/m³）及以上主要发生在5月、6 月；浓度较高的季节月份主要为春末及夏季的5月、6月、7月、8月，以及秋初的9月，整个冬季和春初低空大气环境中的臭氧污染物浓度较低，低于GB 3095—2012 一级标准（100μg/m³）的范围。

2.3 同季节臭氧浓度变化情况

根据西和县城区环境空气自动监测站监测的数据显示，同季节下低空大气臭氧浓度呈现较明显的单峰分布，且臭氧浓度一般在1:00～3:00 处于最低值，之后随着时间的变化，臭氧污染物浓度值迅速增加，15:00～17:00出现最大值。

3 西和县城区低空大气臭氧浓度监测结果分析

根据《环境空气治理标准》（GB3095-2012）规定，臭氧8h 平均浓度值大于100μg/m³为高值日，大于160μg/m³为污染日。根据监测臭氧不同时间数据进行统计，对监测结果进行研究，发现2021 年，西和县城区低空大气臭氧浓度平均振幅最大为8 月，最小为11 月；5～8 月的春末夏季低空大气臭氧浓度值高，其中6 月出现臭氧污染；同季节下低空大气臭氧浓度呈现较明显的单峰分布，15:00～17:00 出现最大值。

4 西和县城区低空大气臭氧污染产生的原因

从西和县来看，导致其低空大气臭氧污染的原因主要有人为因素和自然因素。

4.1 人为因素

氮氧化物与挥发性有机物是低空大气臭氧主要前体物，也是臭氧浓度值增加的重要因素。西和县大气环境中氮氧化物排放主要来自机动车尾气排放、化石燃料燃烧等。2021 年，西和县城镇居民人均可支配收入27796 元，较2020 年人均可支配收入25904 元，增长了7.3%。随着居民收入增加，城市机动车保有量也在持续增长，大量自动车尾气直接排放到城市环境中，空气环境中氮氧化物含量进一步增大。此外，西和县挥发性有机物主要来自机动车等燃油交通工具尾气排放，以及化石燃料燃烧、装潢材料中的溶剂使用等。

4.2 自然因素

自然因素主要包括西和县的地理位置因素和气象条件。西和县地跨暖温带边缘和中温带2 个气候，气候垂直差异性较大，小气候区域明显，季风气候显著。由于大气动力过程联系密切的对流层顶折叠常引发平流层对流层交换，富含臭氧的平流层空气下传进入对流，是低空大气（对流层）臭氧增加的重要因素[1]。西和县低空大气臭氧浓度受温带湿润季风气候影响变化趋势较为明显，冬季、春季臭氧浓度明显小于夏季、秋季。另外，天气状况也是造成臭氧浓度变化的一个重要因素[2]，也是臭氧浓度昼夜变化、日际变化、天际变化、年际变化的根本因素[3]。一年中西和县低空大气环境中臭氧浓度均值，6 月最高、12 月最低。夏初气温高有利于臭氧形成，8 月较6 月臭氧浓度均值下降了23.5%，主要是由于8 月份西和县风速增大，利于该地区大气环境中臭氧扩散。同时，湿度大时空气中水蒸气含量大，大量水分子吸收太阳辐射，也吸收部分游离态臭氧，不利于臭氧生成[4]。因此，9 月虽然温度高，但受风速及空气湿度影响，低空大气臭氧浓度却相对较低。

5 西和县城区低空大气臭氧防治措施

5.1 优化预警系统做好实时监测

“预防为主”是环境保护应坚持的5 项基本原则之一，西和县低空大气臭氧污染防治也应坚持“预防为主”的原则。建立西和县低空大气臭氧监测预警系统，实时做好臭氧监测，及时掌握低空大气环境中臭氧污染物浓度，为低空大气臭氧污染防治提供第一手详细数据。此外，西和县环境监测部门还应积极借助这一系统，在已有环境监测基础上，进一步优化大气环境监测点位，借鉴先进国家或地区经验，不断提升大气环境监测预警水平。与应急、市场监管等部门加强协作，将臭氧监测与大气环境质量预警有机衔接，实时播发城市大气环境臭氧监测信息，为相关部门或人员采取防护措施提供依据。

5.2 健全应急预案做好应急响应

从西和县低空环境大气臭氧监测情况来看，臭氧浓度呈现出较为显著的时间特征。应建立与这一特征相对应的臭氧污染应急预案，重点做好春末、夏季、初秋等时段臭氧污染防治工作，建立健全分级响应机制，编制西和县大气臭氧污染防治应急预案。并针对近年来城市大气臭氧浓度上升趋势，合理编制地方发展规划，如编制西和县节能减排规划、县域臭氧污染排放重点企业与行业名录、季节性排放标准。同时，针对不同等级臭氧污染，制定具体应急处置机制，确保第一时间响应、第一时间跟进、第一时间采取措施，如对重点企业、行业采取间歇性生产或者督促其采取措施，减少臭氧前体物排放量。