渤海灣臭氧氣團的外源輸入對大連市區(qū)大氣臭氧濃度的影響研究

張 倩(大連市環(huán)境監(jiān)測中心 遼寧 大連 116023)

渤海灣臭氧氣團的外源輸入對大連市區(qū)大氣臭氧濃度的影響研究

張 倩(大連市環(huán)境監(jiān)測中心 遼寧 大連 116023)

以觀測資料為基礎，通過數(shù)據(jù)分析表明，渤海上空的臭氧氣團在西南方向的海陸風作用下，影響大連市區(qū)大氣中的臭氧濃度，造成春夏季大連市區(qū)大氣中臭氧濃度超標。

渤海灣；西南風；臭氧；濃度超標

O3是大氣中重要的痕量氣體成份之一，也是環(huán)境空氣中重要的污染物之一，超過一定濃度的O3對生態(tài)環(huán)境和人類生活有一定的危害，因此近地面O3的監(jiān)測是大氣環(huán)境監(jiān)測和氣候變化關注的重要內(nèi)容之一。2013年以來，在春夏兩季，O3常常成為大連市區(qū)大氣中的首要污染物，在某些時刻，O3濃度的小時均值甚至會超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095-2012)中二級濃度限值200μg/m3，造成嚴重的環(huán)境空氣污染，給人民健康造成嚴重的威脅。

大連市區(qū)大氣中的O3除本地生成外，外源性輸入也是不可忽略的一個環(huán)節(jié)。本文主要通過分析大連市區(qū)近地面大氣中O3濃度的超標情況，并結(jié)合整個渤海灣及大連市區(qū)的氣象條件，分析渤海灣上空O3氣團的外源性輸入對大連市區(qū)環(huán)境空氣中的O3濃度造成的影響。

1 實驗內(nèi)容

1.1 觀測數(shù)據(jù)點位

本文觀測點位為大連市10個國控大氣自動監(jiān)測子站。

1.2 主要儀器

測點的觀測項目及采用儀器列于表1。

表1 觀測項目及儀器

1.3 觀測時間

本實驗的觀測時間從2015年4月20日-2015年4月28日。

1.4 O3污染情況

圖1-圖4為大連市區(qū)2015年4月20日-4月28日期間大連市區(qū)O3、CO、NOx和SO2的濃度小時均值變化情況。由圖2可知，大連市區(qū)在4月21日-4月22日期間出現(xiàn)了一次O3濃度超標污染情況；4月25日-4月27日又出現(xiàn)了兩次O3濃度超標污染情況，其O3濃度小時均值超過了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)中二類標準規(guī)定的200μg/m3。

圖1 2015.4.20-4.28國控子站O3小時均值變化情況

圖2 2015.4.20-4.28國控子站一氧化碳小時均值變化情況

圖3 2015.4.20-4.28國控子站氮氧化物小時均值變化情況

圖4 2015.4.20-4.28國控子站二氧化硫小時均值變化情況

1.5 O3濃度超標原因分析

由表2可知，4月22日、4月25日和4月26日三天大連市區(qū)天氣晴朗，紫外線充足，有利于O3的本地生成，致使大連市區(qū)大氣中O3濃度上升；另一方面，渤海灣上空同時生成的大量O3隨著西南海陸風被吹向大連市區(qū)，與本地O3結(jié)合，造成大連市區(qū)O3濃度超標，造成O3污染。

在上述原因分析中，由于無法監(jiān)測渤海灣上空的污染物濃度情況，因此渤海灣上空存在高濃度的O3屬于一個假設的情況，為證明該假設，本文從以下幾個方面對該假設進行證明：

表2 2015年4月20日-4月28日的天氣情況

(1)渤海灣上空高濃度的O3。由圖5可以看出，渤海灣由山東、河北和遼寧三省包裹而成，環(huán)渤海經(jīng)濟圈是我國重要的經(jīng)濟圈之一，特別是大連西南方向的山東和河北兩省，重工業(yè)經(jīng)濟發(fā)達，每年向大氣中排放大量的污染物，其中也包含大量的O3前體物，如CO、NOx和VOCs，隨著大氣環(huán)流，這些污染物被傳輸?shù)讲澈成峡?，有文獻指出，CO和SO2屬于長壽命物種，可以隨大氣環(huán)流運動而保持穩(wěn)定；NOx屬于短壽命物種，只能反映出監(jiān)測點位附近環(huán)境空氣污染物濃度變化，因此在渤海灣上空大氣中CO、VOCs含量會比較高。此外，在大氣富含CO、VOC等O3前體物的情況下，極有利于大氣中O3的生成。同時，每年5月份大連地區(qū)陽光輻射達到最強，同樣渤海灣在5月份前后的陽光輻射也達到最強，為O3生成提供了充分的條件；此外由于NOx屬于短壽命物種，不適合長距離遷移，造成渤海灣上空NO含量較低，NO對O3的滴定效應較低，以此分析渤海灣上空會存在大量的O3。

圖5 渤海灣地區(qū)

(2)西南方向海陸風對大連市區(qū)大氣中污染物濃度的影響。由圖1-圖4可知，在2015年4月25日-4月27日這段時間內(nèi)，除了O3濃度明顯上升之外，長壽命物種CO和SO2的濃度也有了一定程度的升高，而短壽命物種NOx的濃度則沒有明顯的變化，若污染物來自于本地生成，則NOx的濃度應隨CO和SO2同時升高，不應出現(xiàn)NOx濃度沒有明顯變化的情況，因此說明在這段時間內(nèi)，污染物的外源性輸入對大連市區(qū)大氣污染物濃度有較大的影響；此外，由圖2和圖4可知，在CO和SO2的濃度變化中，旅順子站和付家莊子站的變化程度最大，其濃度在10個國控子站里濃度最高，由大連市10個國控子站的地理位置可知，旅順子站位于白玉山景區(qū)，付家莊子站位于濱海路旁邊，都屬于風景秀麗，植被茂盛且沒有污染源的地區(qū)，因此可以排除本地污染源對這兩處子站的影響，進而說明其次污染屬于外源性污染，結(jié)合這幾天西南風向的海陸風可知，由此可以推斷出此次大連市區(qū)的O3污染應該來自于渤海灣上空。

(3)渤海灣O3氣團對周邊城市的影響。圖6為2015年1月-8月份遼寧省14個城市O3濃度日最大8小時90per濃度值統(tǒng)計圖。圖7為2015年8月份遼寧省14個城市O3濃度日最大8小時90per濃度值空間分布圖。由圖中可知，環(huán)渤海灣的幾個城市(營口、盤錦、錦州、葫蘆島、大連)均名列前茅，營口市的O3濃度排名遼寧省第一位，由此可見渤海灣上空的O3氣團對遼寧省環(huán)渤海灣城市群大氣中O3濃度的影響。同時，營口市就本地區(qū)O3濃度超標也做過類似的調(diào)查和研究，其研究結(jié)論為“從外源輸送來看，營口市高O3污染極易受途徑京津冀和遼東半島偏南氣流影響；高濃度O3氣團不斷在渤海灣迂回，并可能在沒有光照的時段依然回流影響到營口市，O3受海陸風影響的程度比較明顯”。

圖6 2015年1月份-8月份遼寧省各城市O38小時90per濃度值

圖7 2015年8月份遼寧省各城市O38小時90per空間分布

由以上幾點可以推論出，大連市區(qū)大氣中的O3濃度會受到渤海灣上空形成的O3氣團影響。

2 結(jié)論

大連市區(qū)大氣中O3濃度超標，與來自渤海灣上空的O3外源性輸入有關，在西南方向的海陸風作用下，來自渤海灣上空的O3氣團水平輸入造成大連市區(qū)O3濃度超標。

O3污染屬于區(qū)域性污染，O3及其前體物會隨著大氣環(huán)流擴散至其他區(qū)域。要預防O3污染，要做到加強區(qū)域聯(lián)動，控制各個區(qū)域O3前體物的排放，從而降低O3對城市大氣的污染。

〔1〕秦瑜.大氣化學基礎〔M〕.北京：氣象出版社，2003.

〔2〕唐孝炎.大氣環(huán)境化學〔M〕.北京：高等教育出版社，2006.

〔3〕王明星.大氣化學〔M〕.北京：氣象出版社，1999.

〔4〕中華人民共和國環(huán)境保護部GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準〔S〕：北京：中國環(huán)境科學出版社，2012.

〔5〕徐家騮，朱毓秀.臭氧和氮氧化物四季濃度特征及其相關性〔J〕.上海環(huán)境科學，1998，17(1)：36-38.

〔6〕徐曉斌，向榮彪，丁國安，李興生.中國大陸本底大氣NMHC的濃度和構(gòu)成及其與臭氧的關系，中國地區(qū)大氣臭氧變化及其對氣候環(huán)境的影響，周秀驥主編，氣象出版社，67-81，1996b.

〔7〕從菁，孫立娟，蔡冬梅.大連市紫外線輻射強度分析和預報方法研究〔J〕.氣象與環(huán)境學報.2009.25(3)：48-52.

Study on the Effect of Atmospheric Ozone Concentration in DaLian City By Exogenous Ozone Input from Bohai Bay

ZhangQian(Environment Monitoring Center Station of DaLian City DaLian LiaoNing 116023)

Based on observation data，it is found that the ozone air mass over Bohai bay makes effect on atmospheric ozone concentration in DaLian city under the control of the southwest wind，resulting in excessive atmospheric ozone concentration in spring and summer.

Bohai bay Southwest wind Ozone Excessive concentration

X511

A

1674-263X(2016)02-0075-04

2016-06-03

張倩(1985-)，女，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。