眉山市彭山区臭氧污染特征及其前体物分析

2024-02-27康万里

资源节约与环保 2024年1期

康万里

（眉山市彭山生态环境监测站四川眉山 620010）

引言

近年来，我国环境空气质量明显改善，人民群众蓝天幸福感、获得感显著增强。但是，仍有一些大气污染问题存在，如臭氧（O3）污染。O3是一种强氧化剂，如果近地面的O3浓度过高，则易引起上呼吸道炎症、皮肤病等病变，对人类健康造成严重危害[1]。人类活动过程中排放的氮氧化物 (NOx)、挥发性有机物 (VOCs) 等物质是近地面O3生成的重要前体物，这些前体物极易在光照条件下发生光化学反应生成O3，造成区域O3污染[2]。同时，O3浓度的动态变化过程存在明显的时间变化规律、地理分布差异和区域异质性[3～5]，如珠江三角洲地区O3浓度表现为夏季低、秋季高[6]；京津冀地区O3污染存在着明显的地域差异，呈南高北低态势，这与本地条件和跨区传输相关[7]。因此，分析探讨O3污染特征及其前体物来源，对于O3污染控制的研究具有重要意义。

四川省眉山市彭山区位于成都平原西南部、眉山市域北端，与省会城市成都接壤，是成德眉资同城化发展战略布局中眉山融入成都的“桥头堡”。近年来，彭山区O3污染形势十分严峻，但目前针对彭山区和成都平原地区的相关研究较少。因此，本文将对彭山区O3污染特征及其前体物来源进行分析，以期为成都平原地区O3污染问题的研究提供重要参考价值。

1 数据来源

本研究使用的常规污染物监测数据（NOx、O3等）来源于四川省空气质量监测网络管理系统例行监测数据，气象数据（温度、相对湿度、风向）的采样地点为四川省眉山市彭山生态环境局空气质量自动监测站点附近（30.20°N，133.87°E）。该站点为典型的城区站点，代表彭山区生活、科教及工业混合区。O3前体物NOx和VOCs 的数据来源于彭山区环境统计、抽样检测及卫星遥感监测等。

2 研究方法

将相关监测数据，利用Excel 等统计软件按照不同的时间尺度(年、月、日、小时)进行时间序列变化分析和空间变化分析，采用源排放清单、受体模型、空气质量模型联用的综合源解析方法，摸清彭山区主要大气污染源排放底数、行业特征和时空分布等情况，定量解析夏季O3前体物主要来源贡献情况。

3 结果与分析

3.1 彭山区臭氧污染特征

3.1.1 彭山区臭氧污染总体形势

根据监测数据，2022 年彭山区O3浓度为173μg/m3，是近4 年来O3年评价浓度首次超过国家二级标准（160μg/m3）的年份，与2019 年（143μg/m3）、2020 年（158μg/m3）和2021年（149μg/m3）相比，2022 年彭山区O3浓度分别反弹21%、9.5%和16.1%。2022 年彭山区以O3为首要污染物的超标天为55d，较2019 年（20d）、2020 年（34d）和2021 年（25d）分别增加35d、21d 和30d。

近年来，彭山区O3污染形势严峻，O3浓度呈现波动上升趋势，O3污染超标天数呈现增多趋势。3.1.2 彭山区臭氧污染时间特征

2019～2022 年彭山区O3污染高发季为4～8月（见图1），O3月均浓度一般在8 月达到峰值。通过统计分析4～8 月彭山区O3小时浓度数据显示，彭山区O3浓度日变化呈典型的“单峰型”特征（见图2），小时浓度峰值普遍出现在16:00或17:00，受外来传输影响明显；11:00～14:00 是O3浓度快速上升时段，本地排放不容忽视。

图1 彭山区臭氧（O3）月平均浓度情况

图2 彭山区臭氧污染时间分布情况

3.1.3 彭山区臭氧浓度空间分布特征

2021～2022 年彭山区O3浓度空间分布明显呈“南高北低”特征（见图3），高值区域主要在西南、南部和东南区域（凤鸣街道、黄丰镇、江口街道南部区域和观音街道南部区域），高值区域主要位于观音街道和凤鸣街道。

图3 彭山区臭氧（O3）污染空间分布情况

3.2 彭山区臭氧污染成因分析及来源解析

3.2.1 气象条件对彭山区臭氧污染的影响

对比分析2019～2022 年彭山区O3污染高发季气象条件发现，2022 年4～8 月，彭山区平均温度26.55℃，为近4 年最高水平，平均湿度67.74%，为近4 年最低水平，平均风速1.28m/s，南风O3超标率更高（43.2%），应当重点关注站点南部区域管控。高温、低湿的大气环境有利于彭山区O3的生成（见图4），较低风速有利于O3堆积（见图5），从而进一步推高O3浓度。2022 年夏季受青藏高原和西太平洋副热带高压影响，彭山区出现极端高温、强辐射天气，气象条件非常有利于O3生成。

图4 彭山区臭氧（O3）污染温度、湿度相关性分析

图5 彭山区臭氧（O3）污染风向、风速相关性分析

高温、低湿、小风等不利气象条件下更易发生O3污染，彭山区2022 年不利气象条件是O3污染反弹严重的客观因素。

3.2.2 彭山区臭氧前体物NOx和VOCs 排放情况

3.2.2.1 臭氧前体物NOx和VOCs 排放主要来源

2021 年彭山区大气污染源排放清单显示，彭山区NOx和VOCs 排放量分别为1247.5t 和1723.73t。对NOx排放量贡献较大的污染源主要为移动源占比86.7%（其中道路移动源占比75.8%，非道路移动源占比10.9%），化石燃料固定燃烧源占比12.2%，生物质燃烧源占比1.1%。对VOCs 排放量贡献较大的污染源主要为移动源占比37.7%（其中道路移动源占比36.4%、非道路移动源占比1.3%），储存运输源占比22.4%，工艺过程源占比15%，溶剂使用源占比13.3%，生物质燃烧源占比3.9%，其它排放源占比2.8%。

彭山区O3前体物NOx和VOCs 排放主要来源于移动源、储存运输源、工艺过程源和溶剂使用源。

3.2.2.2 对彭山区空气质量影响较大的源类解析

通过离线采样分析和PMF 受体模型解析彭山区整体VOCs 来源主要为移动源（+天然源）23.5%、溶剂使用源21.9%、油气挥发源19.7%、工业源19.5%和柴油车尾气15.5%（见图6）。

图6 彭山区部分点位解析结果

经离线解析发现，对彭山区空气质量影响较大的源类为移动源、溶剂使用源和油气挥发源。

3.2.3 区域性外来输送对彭山区臭氧污染的影响

根据四川省生态环境监测总站的卫星遥感监测，以2022年7月12～15日彭山区污染过程为例，卫星遥感监测数据表明7 月12～15 日污染是明显的区域性污染，NOx高值区从成都城区向西南方向延伸至彭山区大部区域（见图7），形成较大范围污染带，同时甲醛（用以指代VOCs）和O3分布高度一致（见图8），本次污染过程的氮氧化物浓度较高，为O3生成提供了充足的前体物。

图7 7 月12 日～15 日彭山区及周边区域NOx 与甲醛（用以指代VOCs）浓度分布图

利用WRF-SMOKE-CMAQ 空气质量模式系统确定彭山区4～8 月O3污染期间本地污染与外来传输的贡献情况，结果显示，彭山区4～8 月O3污染期间，O3浓度受到本地污染源和外来传输源的叠加影响，整体来看彭山区受外来传输源的贡献更明显。各污染时段中，O3本地污染源平均贡献率范围为9%～32%，外来传输源贡献率分别为68%～91%（见表1）。