2012～2016年煙臺市二氧化氮污染特征及影響因素分析

陳倩 王曉軍

摘要：為研究煙臺市NOz的污染特征及影響因素，對2012～2016年煙臺市12個環(huán)境空氣監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：2 012～2016年煙臺市NOz濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，2014年濃度最高。城區(qū)點和郊區(qū)點N02各百分位數(shù)5年來均成整體下降趨勢，城區(qū)點NO2均值以-1.1 μg/（m³·a）速率下降，郊區(qū)點NO2均值呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。煙臺市N02有顯著的季節(jié)變化特征，冬春季濃度較高，夏季濃度最低。軸承廠、西郊化工站和開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個點位的氮氧化物濃度遠高于其余站點，開發(fā)區(qū)B區(qū)受機動車尾氣影響較大，軸承廠和西郊化工站則主要受工業(yè)源的影響。第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量、機動車保有量、溫度和相對濕度均與NOz濃度呈負相關關系，大氣壓與NO2成顯著正相關。

關鍵詞：煙臺市;二氧化氮;污染特征;影響因素

中圖分類號：X511

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）2-0055-04

1 引言

在實際大氣中，通常將NO和N02合稱為NOx，各種燃燒過程最初產(chǎn)生的NOx中NO占的比例很大，但NO極易發(fā)生光化學反應而被氧化成NO2，因此，城市環(huán)境空氣中NO2的濃度以及其在大氣中參與的光化學反應受到廣泛重視。

二氧化氮（NO2）作為環(huán)境空氣中的一項重要污染物，不僅是生成對流層臭氧及其他光化學污染物的主要前體物，另外，N02經(jīng)過一系列的光化學反應生成硝酸鹽氣溶膠，引起城市能見度下降，加重城市污染危害，是形成灰霾的主要元兇之一[1-4]。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關研究都表明，重污染期間大氣PM2.5的爆發(fā)式增長往往與硫酸鹽、硝酸鹽等二次成分快速增長有關。根據(jù)最近研究表明，除了S02、N02等氣體前體物分別轉(zhuǎn)化為硫酸鹽、硝酸鹽等二次成分的機制外，還存在這些成分之間的相互影響，如N02促進S02加快轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，產(chǎn)生“1+1>2”的大氣污染生成效果。

本文基于2012～2016年煙臺市12個空氣監(jiān)測點的在線數(shù)據(jù)，分析了煙臺市近地面NO2濃度變化特征，特別就N02在不同季節(jié)不同區(qū)域的變化情況進行了對比，得出了一些基本規(guī)律，為了解該市NO2污染特征及深入研究提供資料和依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用的各項污染物（NO、NO2、03）的濃度數(shù)據(jù)均來源于煙臺市12個空氣自動監(jiān)測點位（6個國控點和6個省控點）監(jiān)測設備的在線數(shù)據(jù)。設備在運行期間嚴格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T193 - 2005）[5]定期進行校準和質(zhì)控操作，數(shù)據(jù)統(tǒng)計有效性嚴格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（ GB3095 - 2012）[6]和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術規(guī)范（試行）》（HJ663 -2013）[7]執(zhí)行。

2.2 統(tǒng)計分析方法

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（ AQI）技術規(guī)定（試行）》[8]將NO2日均值劃分5個級別：優(yōu)（0～40 μg/m³）、良（41～80 μg/m³）、輕度污染（81～180μg/m³）、中度污染（181～280 μg/m³）和重度及以上污染（281μg/m³以上），并按照該規(guī)定對NO2進行逐日等級劃分。

3 結(jié)果與討論

3.1 N02濃度的年際變化分析

3.1.1 市區(qū)濃度年際變化

從圖1所示2012～2016年煙臺市NO2年均值及第98百分位數(shù)變化情況來看，2012～2014年NO2濃度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，2015年濃度下降明顯，且2016年濃度與2015年基本持平。說明自2013年國務院發(fā)布“大氣十條”以來，煙臺市緊緊圍繞環(huán)境空氣質(zhì)量改善目標，大力推進大氣污染防治的各項工作，投入很大的力度實施污染減排工作，取得了積極的成效。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012），煙臺市連續(xù)5年年均值均達到一級濃度限值（40 μg/m³）。

從圖2所示2012～2016年煙臺市逐日NO2等級來看，5年來，N02日均值為優(yōu)良等級的天數(shù)占絕大部分，達到污染等級的天數(shù)較少（5年達到污染等級的天數(shù)共16天）。同時可以看出，2012～2014年NO2達到優(yōu)等級的天數(shù)在逐漸減少，2015年出現(xiàn)一個較大幅度的上升;而達到污染等級的天數(shù)從2013年后出現(xiàn)逐年遞減的趨勢，這與5年來NO2濃度整體的變化趨勢較為一致。另外根據(jù)相關統(tǒng)計，2012～2013年NO2超標時間均集中在冬季（1月和12月），但2014～2016年出現(xiàn)超標的時間較為分散，說明煙臺市針對冬季采暖期燃煤鍋爐的脫硫脫硝管控取得了一定的成效。

3.1.2 城區(qū)與郊區(qū)濃度年際變化

為具體考察煙臺市不同區(qū)域NO2的變化情況，分別對城區(qū)點和郊區(qū)點第5、25、50、75、98百分位NO2的變化情況進行了分析。圖3顯示，煙臺市城區(qū)點和郊區(qū)點NO2各百分位數(shù)5年來均成整體下降趨勢，尤其是城區(qū)點的高值區(qū)下降趨勢特別明顯，郊區(qū)點高值區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，最高值出現(xiàn)在2013年，相比之下，城區(qū)點和郊區(qū)點低值區(qū)變化幅度相對較小。

具體來看，2013年郊區(qū)點N02有整體抬升的現(xiàn)象，而城區(qū)點濃度與去年相比基本持平;2014年郊區(qū)點高值區(qū)下降幅度較大，城區(qū)點高值區(qū)下降幅度較小且低值區(qū)有所上升;2015年城區(qū)點跟郊區(qū)點同時出現(xiàn)濃度整體下降的趨勢，城區(qū)點下降幅度更大;2016年城區(qū)點和郊區(qū)點在高值區(qū)變化趨勢表現(xiàn)不一致，城區(qū)點有小幅回升而郊區(qū)點繼續(xù)下降。因此，郊區(qū)點NO2高值區(qū)在2014年下降幅度最大，而城區(qū)點在2015年下降幅度最大，可見，城區(qū)點NO2高值區(qū)對煙臺市整體濃度影響較大。

3.2

NO2濃度的季節(jié)變化分析

按照中國氣候特征，將季節(jié)劃分為春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月至次年2月）[9]。由圖4可以看出，2012～2016年煙臺市NO。季節(jié)變化基本呈現(xiàn)冬季和春季濃度高而夏季和秋季濃度偏低的現(xiàn)象，這與高晉徽，朱彬等《2005～2013年中國地區(qū)對流層二氧化氮分布及變化趨勢》中研究得出的中國地區(qū)NO2對流層柱濃度的季節(jié)變化特征在中東部地區(qū)以及大型城市中表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季[10]的結(jié)論并不一致。從各季節(jié)不同年份的變化情況來看，冬季、秋季和夏季N02濃度變化趨勢較為一致，均在2013年出現(xiàn)最高值，從2014年開始緩慢下降;但春季NO2濃度則在2013年出現(xiàn)一個極低值，這與其他季節(jié)的變化趨勢存在一定的差異。根據(jù)煙臺市相關氣象資料統(tǒng)計，2013年春季煙臺市平均氣溫為10.8℃，比之后三年春季的平均氣溫低2.6℃，加之大風天氣多（共出現(xiàn)11次內(nèi)陸大風和16次海上大風），低溫雨雪、大風等天氣可能是2013年春季NO2濃度偏低的氣象原因。由此可見，人為源是NO2季節(jié)變化特征形成的一個重要原因，同時不可以忽視氣象條件及光化學反應在其中所起到的作用。

3.3 NO2與03污染水平間的關系

受大氣環(huán)境中03和活性有機物以及光照強度、溫度、風度等因子的影響，NO_x的化學壽命在夏季僅為4h，在冬季約為20 h，由此導致高濃度的NO_x主要分布在排放源區(qū)附近，使NO_x表現(xiàn)為具有局地污染的特性，如圖5日變化趨勢圖可以看出，煙臺市氮氧化物有較為明顯的點位差異，這種點位差異即與局地污染物排放有關。

其中，軸承廠、西郊化工站、開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個點位的氮氧化物濃度遠高于其余站點。開發(fā)區(qū)B區(qū)的NO、NO2和NO_x濃度主要在早高峰和晚高峰時段濃度遠高于其余站點，可以推斷開發(fā)區(qū)B區(qū)站點的氮氧化物主要受機動車尾氣排放的影響較為明顯;而西郊化工站的NO濃度、軸承廠的N02濃度以及西郊化工站和軸承廠的NO_x濃度全天時段都遠高于其他站點，基本可以推斷這兩個站點主要受工業(yè)源排放的影響，另外軸承廠點位早晚高峰時段濃度遠高于其他點位，因此該點位N02濃度受機動車尾氣的影響也較大。

大量研究已表明，N02濃度受多種因素的共同影響，其中人類活動排放是主要影響因子，同時大氣環(huán)流、降水、風速以及光化學反應等對NO2濃度產(chǎn)生的影響也不可忽視。由NOx的日變化趨勢可以看出，NO的峰值出現(xiàn)在上午8：00左右，而N02早高峰的峰值出現(xiàn)在9：00～10：00時，與NO相比，峰值推遲了1～2 h，這是由于在光輻射的作用下，NO2光解產(chǎn)生的O將NO氧化成NOz導致;對比NOx與03的變化趨勢可知，03與NO_x呈現(xiàn)顯著的負相關性關系，13：00～18：00時，NO2出現(xiàn)一個低值波段，03在該時段則出現(xiàn)明顯的波峰，可見，NOx與03之間的光化學反應對白天N02濃度的影響較大。另外，岳捷，林云萍等《利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和全球大氣化學傳輸模式研究中國東部大城市對流層NO2季節(jié)變化原因》[11]的研究表明，OH對NO2的化學清除作用是春夏季NO2濃度低的一個重要原因。

4 影響因素分析

由表l可知，N02濃度與第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量及機動車保有量之間均成負相關關系，說明煙臺市單位煤炭消費量所排放的氮氧化物顯著減少，同時，在淘汰黃標車及老舊車、提升油品質(zhì)量、加強環(huán)保檢驗機構(gòu)管理等措施上也取得了新的進展和成效。3個氣象因子中，大氣壓與N02濃度呈顯著正相關，溫度和相對濕度與NO2濃度呈負相關關系;3個氣象因子影響作用的大小表現(xiàn)為：大氣壓>相對濕度>溫度。

5 結(jié)論

（1） 2012～2016年煙臺市NO2濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;2012～2014年緩慢上升，2015年濃度開始下降，2016年濃度與2015年基本持平。

（2）5年來，NO2為優(yōu)良等級的天數(shù)占絕大部分，達到污染等級的天數(shù)較少;其中優(yōu)等級天數(shù)先下降后上升，2014年為最低值，污染天數(shù)先上升后下降，2013年為最高值。

（3）從不同區(qū)域點看，城區(qū)點和郊區(qū)點NO2各百分位數(shù)5年來均成整體下降趨勢，城區(qū)點高值區(qū)下降趨勢特別明顯，郊區(qū)點高值區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，而低值區(qū)則變化幅度相對較小;從行政區(qū)域劃分看，芝罘區(qū)濃度為6區(qū)最高，高新區(qū)濃度最低。

（4）煙臺市N02有顯著的季節(jié)變化特征，冬春季濃度較高，夏季濃度最低，且夏秋季節(jié)的變化趨勢相對一致。

（5）從日變化趨勢看，軸承廠、西郊化工站、開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個點位的氮氧化物濃度遠高于其他站點;其中，開發(fā)區(qū)B區(qū)受機動車尾氣影響較大，軸承廠和西郊化工站則主要受工業(yè)源的影響。

（6）第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量、機動車保有量、溫度和相對濕度均與NO2濃度呈負相關關系，大氣壓與NO2成顯著正相關。

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