佛山市臭氧濃度時(shí)間變化特征及主要影響因子

黃艷玲，陳慧嫻

(1. 佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 528000；2. 佛山市氣象局，廣東 佛山 528000)

佛山市臭氧濃度時(shí)間變化特征及主要影響因子

黃艷玲1，陳慧嫻2

(1. 佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 528000；2. 佛山市氣象局，廣東 佛山 528000)

對佛山市2011—2014年O3監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，ρ(O3)日變化呈現(xiàn)明顯的單峰特征，2011—2014年O3日最大8小時(shí)滑動(dòng)均值(O3-8 h)的年評價(jià)值沒有出現(xiàn)顯著的下降趨勢，超標(biāo)值多出現(xiàn)在8—10月。夏季O3-8 h與日平均氣溫的相關(guān)系數(shù)較高，O3污染多發(fā)生在氣溫>30 ℃，相對濕度為50%～70%的氣象條件下。相對濕度<60%，氣溫為20～25 ℃，也可能出現(xiàn)O3污染。>10 ℃時(shí)，不同的溫度條件下，O3與PM2.5存在正相關(guān)關(guān)系。在不同的季節(jié)時(shí)段，O3-8 h基本隨著ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大。

臭氧；氣象條件；O3-8 h；可入肺顆粒物；ρ(NO2)/ρ(NO)；佛山

臭氧(O3)作為大氣中重要的一種微量氣體，在平流層吸收紫外線，改變了透入對流層的陽光輻射譜分布，吸收對人體有害的短波紫外線[1]。但在近地面，過量的O3對人體健康及植被、農(nóng)作物有重要損害，對生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的危害[2-7]。O3吸收光后分解的產(chǎn)物引發(fā)大氣中的熱化學(xué)過程，分解過程導(dǎo)致了自由基的生成，活躍了大氣中的化學(xué)反應(yīng)過程[1]。

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)(以下簡稱《空氣標(biāo)準(zhǔn)》)中對O3給出了明確的評價(jià)指標(biāo)及相關(guān)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)了O3對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響作用[8]。

隨著《空氣標(biāo)準(zhǔn)》的逐步實(shí)施，許多城市已經(jīng)開展O3監(jiān)測及對其污染特征的分析。崔蕾等[9]對成都市O3濃度的時(shí)間變化特征及相關(guān)因子進(jìn)行分析；王闖等[10]對沈陽市氣象條件對O3影響開展了研究；Lu等[11]通過對O3和NOx數(shù)據(jù)的分析，研究了夏天珠三角地區(qū)光化學(xué)污染的產(chǎn)生和關(guān)鍵控制因素；Zhang等[12]分析了珠三角大氣復(fù)合問題；Barlow等[13]分析了南加州地區(qū)O3與大氣環(huán)流之間的潛在關(guān)系。

珠三角城市群，由于處于亞熱帶太陽輻射強(qiáng)烈，O3污染較為突出，近年O3作為首要污染物的比例達(dá)到40.5%，已經(jīng)超過了備受關(guān)注的PM2.5(38.6%)，成為影響華南地區(qū)空氣質(zhì)量的重要污染物[14-15]。2014年O3作為佛山市首要污染物的天數(shù)為101 d，2015年為81 d，占比分別為35.1%和33.3%，均超過同期PM2.5的占比。因此，研究珠三角城市近地面O3濃度變化特征及其主要影響因子，對空氣質(zhì)量的評價(jià)和重污染預(yù)報(bào)預(yù)警有重要的意義。

現(xiàn)以位處珠三角中心，比鄰廣州的佛山市為例，對位于城區(qū)中心的惠景城站點(diǎn)2011—2014年4年的O3連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，探索O3隨時(shí)間變化特征，以及O3污染主要影響因子。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測站點(diǎn)

使用的數(shù)據(jù)資料來源于佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站所提供的2011年1月1日—2014年12月31日惠景城站點(diǎn)O3、NO、NO2、PM2.5小時(shí)連續(xù)監(jiān)測值，以及逐時(shí)氣象觀測數(shù)據(jù)及日觀測數(shù)據(jù)?；菥俺钦军c(diǎn)位于佛山市中心城區(qū)主干道汾江南路旁，是人口、車流量較為密集的居住、交通、商業(yè)混合區(qū)，對于城市中心的O3變化特征具有一定代表性。

1.2 監(jiān)測方法

惠景城站點(diǎn)為粵港澳珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[16]內(nèi)的站點(diǎn)，O3分析儀為API 400E紫外吸收O3分析儀，基于O3分子內(nèi)部電子的共振對紫外光(波長254 nm)的吸收特性進(jìn)行監(jiān)測；NO、NO2分析儀為API 200E化學(xué)發(fā)光法分析儀；PM2.5監(jiān)測儀為Thermo Fisher FH62C14，β射線法。各項(xiàng)目分析儀的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施均符合文獻(xiàn)[16]相關(guān)規(guī)定，符合監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

按《空氣標(biāo)準(zhǔn)》中對數(shù)據(jù)有效性的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，按照二類功能區(qū)所應(yīng)符合的二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)分析。日最大8小時(shí)滑動(dòng)均值(O3-8 h)的日超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為160 μg/m3。

2 結(jié)果與分析

2.1ρ(O3)時(shí)間變化特征及分析

2.1.1ρ(O3)日變化特征

2011—2014年ρ(O3)日變化呈現(xiàn)明顯的單峰特征，O3-8 h一般為11：00—18：00 的8 h均值。從各時(shí)段的平均值看，07：00的小時(shí)值最低，全天最高值一般出現(xiàn)在14：00。全天各時(shí)段濃度的中位數(shù)最高值為13：00或14：00，見圖1。

2.1.2ρ(O3)月變化特征

根據(jù)《空氣標(biāo)準(zhǔn)》O3的年評價(jià)指標(biāo)為全年O3-8 h第90百分位數(shù)<規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)限值160 μg/m3。2011—2014年惠景城O3-8 h的年評價(jià)值分別為163，174，160，167 μg/m3。除了2013年達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值，其他年份均超標(biāo)。

2011—2014年O3-8 h各濃度區(qū)間月分布見圖 2 (a)(b)(c)(d)。由圖2可見， O3超標(biāo)多出現(xiàn)在8—10月。3—4月的初春季節(jié)也可能出現(xiàn)O3污染，這與太陽輻射逐步增強(qiáng)、未進(jìn)入汛期、降雨量不足有關(guān)，但目前對于這個(gè)時(shí)段的污染成因還沒有十分成熟的科學(xué)結(jié)論[17]。

2.2 氣象條件對ρ(O3)的影響

2.2.1 氣溫對ρ(O3)的影響

2013—2014年O3-8 h與日平均氣溫相關(guān)性分析見圖3。

由圖3可見，O3-8 h與日平均氣溫相關(guān)系數(shù)較低，只有0.45。根據(jù)上述歷年各月份O3污染特征進(jìn)行月份分類，將全年分為秋冬季(11月—次年2月)、初春季(3月)、春季(4—5月)、夏季(6—8月)、初秋季(9—10月)，分別進(jìn)行O3-8 h與日平均氣溫相關(guān)性分析。

夏季O3-8 h與日平均氣溫的相關(guān)系數(shù)顯著增高，為0.71，顯著相關(guān)，而且，當(dāng)氣溫達(dá)到30 ℃以上，ρ(O3)對溫度的敏感性迅速增高，表明太陽輻射達(dá)到一定強(qiáng)度后，才能對O3的生成產(chǎn)生影響。初秋季日均氣溫為25～30 ℃，雖然氣溫不如夏季高，但仍可能出現(xiàn)O3污染，并且污染情況出現(xiàn)的概率最高。初春季和春季在25 ℃以下的天氣也可能出現(xiàn)O3污染。秋冬季氣溫普遍較低，基本不會(huì)出現(xiàn)O3污染的情況。

圖2 2011—2014年O3-8 h各濃度區(qū)間月分布

圖3 2013—2014年O3-8 h與日平均氣溫相關(guān)性

2.2.2 濕度對ρ(O3)的影響

2013—2014年O3-8 h與日平均濕度相關(guān)性見圖4。由圖4可見，O3-8 h與日平均濕度呈負(fù)相關(guān)，其中初春季、春季、夏季負(fù)相關(guān)系數(shù)較高，分別為-0.74，-0.68，-0.72。O3污染多發(fā)生在日平均相對濕度≈60%條件下，濕度增高或降低，O3污染出現(xiàn)的幾率也逐漸降低。濕度>80%時(shí)出現(xiàn)O3污染幾率較低，見圖4。

圖4 2013—2014年O3-8 h與日平均濕度相關(guān)性

2.2.3 風(fēng)速對ρ(O3)的影響

2013—2014年O3-8 h與日平均風(fēng)速相關(guān)性分析見圖5。由圖5可見，O3-8 h與日平均風(fēng)速無明顯相關(guān)，在不同的季節(jié)時(shí)段均無顯著的相關(guān)。

圖5 2013—2014年O3-8 h與日平均風(fēng)速相關(guān)性

2.2.4 氣溫和相對濕度對ρ(O3)的綜合影響

2013—2014年O3-8 h與日平均溫度、日平均濕度關(guān)系見圖6。由圖6可見，忽略O(shè)3污染出現(xiàn)幾率較低的秋冬季，O3污染多發(fā)生在氣溫>30 ℃，相對濕度為50%～70%的氣象條件下。相對濕度<60%，氣溫為20～25 ℃，也可能出現(xiàn)O3污染。

圖6 2013—2014年O3-8 h與日平均溫度、日平均濕度關(guān)系

2.3 O3與PM2.5及ρ(NO2)/ρ(NO)的相關(guān)分析

2.3.1 O3與PM2.5關(guān)系

不同氣溫、濕度下O3-8 h與PM2.5的相關(guān)分析見圖7 (a)(b)。由圖7可見，O3-8 h與PM2.5沒有明顯的線性相關(guān)性。但根據(jù)不同的氣溫區(qū)間劃分后發(fā)現(xiàn)，兩者存在一定的非線性關(guān)系。氣溫越高，O3與PM2.5線性擬合的斜率越高。>10 ℃，不同的溫度區(qū)間內(nèi)，O3與PM2.5存在正相關(guān)性。不同相對濕度區(qū)間下，O3與PM2.5沒有明顯的相關(guān)性。相對濕度>80%，2者值均較低，相對濕度<60%，2者值均較高。相對濕度為60%～80%為過渡階段。O3為二次污染物，二次轉(zhuǎn)化也是PM2.5的主要來源，同時(shí)出現(xiàn)O3與PM2.5高濃度的是大氣復(fù)合污染的特征表現(xiàn)。顆粒物通過影響光輻射通量來影響光化學(xué)反應(yīng)過程與O3的形成；光化學(xué)反應(yīng)在產(chǎn)生O3的同時(shí)也產(chǎn)生二次顆粒物。

圖7 不同氣溫、濕度下O3-8 h與PM2.5的相關(guān)分析

2.3.2 O3與ρ(NO2)/ρ(NO)關(guān)系

對流層中O3生成和消耗的主要化學(xué)過程是與NOx之間的光化學(xué)反應(yīng)。NO2吸收UV后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)分解為NO和氧原子，氧原子與空氣中的O2結(jié)合生成O3，而NO可以通過與O3發(fā)生還原反應(yīng)生成NO2和O2來消耗O3。這個(gè)過程是大氣O3化學(xué)的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)方程式的分析可見O3濃度應(yīng)該與ρ(NO2)/ρ(NO)成正比關(guān)系，但是，大氣中還有其他的化學(xué)反應(yīng)影響著ρ(O3)和2者的數(shù)值關(guān)系[17]。

2013—2014年O3-8 h與ρ(NO2)/ρ(NO)的相關(guān)分析見圖 8。由圖8可見，在不同的季節(jié)時(shí)段，O3-8 h基本隨著ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大，其值多集中在10左右。

圖8 2013—2014年(O3-8 h)與ρ(NO2)/ρ(NO)的相關(guān)分析

3 結(jié)論

(1)惠景城站點(diǎn)ρ(O3)日變化呈現(xiàn)明顯的單峰特征，最低值一般出現(xiàn)在07：00，最高值一般出現(xiàn)在14：00。日最大O3-8 h一般為11：00—18：00的8 h均值。近4年O3-8 h的年評價(jià)值沒有出現(xiàn)顯著的下降趨勢，超標(biāo)天多出現(xiàn)在8—10月；

(2)夏季O3-8 h與日平均氣溫的相關(guān)系數(shù)顯著增高。當(dāng)氣溫>30 ℃，ρ(O3)對溫度的敏感性迅速增高。初秋季雖然氣溫不如夏季高，但仍出現(xiàn)O3污染幾率較高。相對濕度≈60%條件下，容易發(fā)生O3污染，濕度高于80%時(shí)出現(xiàn)O3污染幾率較低。風(fēng)速對于O3污染無明顯影響。O3污染多發(fā)生在氣溫>30 ℃，相對濕度為50%～70%的氣象條件下。相對濕度在60%以下，氣溫為20～25 ℃，也可能出現(xiàn)O3污染；

(3)氣溫越高，O3與PM2.5線性擬合的斜率越高。>10 ℃，不同的溫度條件下，O3與PM2.5存在正相關(guān)關(guān)系。在不同的季節(jié)時(shí)段，O3-8 h基本隨著ρ(NO2)/ρ(NO)增大而增大。

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欄目編輯 李文峻

·簡訊·

用技術(shù)給環(huán)境友好的擁抱

人民日報(bào)消息 為改善城市交通、減少空氣污染，旅游名城羅馬近日頒布了一項(xiàng)新政。從2018年開始，城市從外圍到中心將分成甲、乙、丙三區(qū)，對游覽車分別收取不同程度的通行費(fèi)，市中心丙區(qū)則完全禁止游覽車進(jìn)入。不少當(dāng)?shù)芈糜螐臉I(yè)者表達(dá)了不滿，有人認(rèn)為，羅馬的大眾運(yùn)輸較為復(fù)雜，限制游覽車入城，等于把游客拒之門外。

政策限行，減“污”化“瘀”，多少有些別無他法的無奈，畢竟是和游客帶來的真金白銀過不去。此次高價(jià)限行，勢必對當(dāng)?shù)芈糜萎a(chǎn)業(yè)造成打擊——面對站位難找、站名難問的公交車，不難想象會(huì)有多少游客不知所措。相比行政命令，改進(jìn)技術(shù)，或許是更有效、管長遠(yuǎn)的治理手段。

縱觀世界，科技創(chuàng)新在改善環(huán)境、推動(dòng)進(jìn)步方面一直都是不斷向上延展的。美國的一家公司把納米導(dǎo)線硅引入熱電材料，將導(dǎo)電和導(dǎo)熱分開，大大提高了發(fā)電組的轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)還能從汽車尾氣中回收電，再回饋到汽車電池中去，兼具省油和降低碳排放的功效。英國布里斯托大學(xué)的科學(xué)家則找到了一種方法，可以將核廢料轉(zhuǎn)化成人造金剛石電池，未來有可能運(yùn)用于心臟起搏器、高空無人機(jī)等需要長期使用能量源的低功率電氣設(shè)備。減少污染、為大自然減負(fù)，科技突破為我們展現(xiàn)了更廣闊的進(jìn)步空間。

與污染減緩相關(guān)的，還有國民觀念的變遷。反映到消費(fèi)行為中來，便是環(huán)境友好型產(chǎn)品更受歡迎。日本《廢棄物處理法》規(guī)定，國民應(yīng)通過廢棄物的排放、使用再生品等謀求廢棄物的再生利用。一家著名的日本零食公司，通過將鮮有人要的面包皮重新處理，變成好吃的零食，一個(gè)月產(chǎn)量達(dá)到50萬包，并以此獲得日本政府頒發(fā)的“環(huán)境大臣獎(jiǎng)”。良好的消費(fèi)習(xí)慣一旦形成，加上完善的法規(guī)政策和環(huán)境規(guī)制，節(jié)能環(huán)保自然會(huì)成為潛移默化的社會(huì)共識(shí)，促使人們心甘情愿接納并付諸實(shí)施。

www.jshb.gov.cn 2017-02-06

Temporal Variation of Ozone Concentration and Key Impact Factors in Foshan

HUANG Yan-ling1，CHEN Hui-xian2

(1.FoshanEnvironmentalMonitoringCentralStation，F(xiàn)oshan，Guangdong528000，China； 2.FoshanMeteorologicalBureau，F(xiàn)oshan，Guangdong528000，China)

After the implementation of the new ambient air quality standards， O3pollution is more and more concerned. Especially in the Pearl River Delta， O3had become one of the main pollutants. This paper analysed O3monitoring data between 2011 and 2014 in Foshan City. The results showed that the diurnal variation of O3concentration has obvious characteristic of single peak， daily maximum 8-hour moving average (O3-8 h) was usually the average concentration 11pm to 18pm. Between 2011 and 2014 O3-8 h of the 90th percentile did not decline significantly. O3-8 h of the 90th percentile usually appeares in August， September and October. In summer， O3-8 h and average daily temperature correlated significantly， O3pollution usually appears when the temperature reaches more than 30 ℃ and the relative humidity is between 50% and 70%. It might also appear O3pollution， when the relative humidity is below 60% and the temperature is between 20 ℃ to 25 ℃. There is a positive correlation between O3and PM2.5in different temperature conditions which is above 10 ℃. In different seasons， O3-8 h increases as theρ(NO2)/ρ(NO) ratio increases.

O3； Weather conditions； O3-8 h； PM2.5；ρ(NO2)/ρ(NO) ratio； Foshan

2016-03-07；修改日期：2016-10-27

佛山市科技發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2012AA100741)；廣東省科技計(jì)劃資金資助項(xiàng)目(2011A 08083007)；佛山市科技計(jì)劃資金資助項(xiàng)目(2015AB 004381)

黃艷玲(1984—)，女，工程師，碩士，主要從事環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析、預(yù)警預(yù)報(bào)工作。

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B

1674-6732(2017)01-0054-05