鄭州市2015～2016年臭氧污染特征分析

黃 麗，段書音，朱佳城，陳曉慧，朱亞娟，姚 達，馮斐斐

1)鄭州大學公共衛(wèi)生學院衛(wèi)生毒理學教研室 鄭州 450001 2)鄭州大學公共衛(wèi)生學院勞動衛(wèi)生學教研室 鄭州 450001

臭氧是大氣中的一種微量氣體，正常存在于平流層中的臭氧能夠吸收太陽輻射出的紫外線而保護地球[1]；但是近地面大氣中的臭氧是一種淺藍色的光化學煙霧，主要是由揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds, VOCS)和氮氧化物(nitrogen oxides, NOX)在紫外線的照射下所形成的二次污染物[2]。越來越多的研究[3-4]表明，近地面高濃度的臭氧暴露不僅危及植物、農(nóng)作物的生長；而且威脅人體健康[5-8]，例如臭氧能夠損害呼吸道，引發(fā)哮喘、胸悶、咳嗽，且能導致肺功能減弱，肺組織損傷；臭氧還會損傷神經(jīng)系統(tǒng)，讓人頭痛、思維能力下降等。近年來，隨著工業(yè)化、城市化的迅猛發(fā)展，臭氧前體物的不斷增加，臭氧污染日益嚴重，且在國內(nèi)不少地區(qū)已取代顆粒物成為首要污染物[9-11]，并且由于其存在的隱匿性，臭氧成為比霧霾更可怕的健康殺手[2]。鄭州市作為河南省的省會，又新入選國家中心城市，人口密集，工業(yè)、交通業(yè)發(fā)展迅速，且機動車保有量持續(xù)增加，易形成臭氧污染。楊書申等[12]通過對2014～2015年鄭州市西郊臭氧濃度變化特征的分析，初步了解了鄭州市臭氧污染的特征，但目前關(guān)于近兩年鄭州市臭氧污染的特征分析仍未見報道。因此，作者利用2015年1月1日到2016 年 12 月 31 日鄭州市臭氧的1 h平均濃度(O3-1 h)和8 h平均濃度(O3-8 h)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)總結(jié)了鄭州市的臭氧污染特征，為改善和提高鄭州市的空氣質(zhì)量及減少臭氧所引起的相關(guān)危害提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源本研究采用的鄭州市2015～2016年臭氧污染數(shù)據(jù)來源于真氣網(wǎng)網(wǎng)頁(https://www.zq12369.com/environment.php)。真氣網(wǎng)是千人計劃PM2.5特別防治小組傾力研發(fā)的全國首個公眾呼吸健康防治互聯(lián)網(wǎng)平臺，其中國控點數(shù)據(jù)主要來源于中國環(huán)境監(jiān)測總站，能真實反映環(huán)境空氣污染水平。鄭州市的監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于市區(qū)的九個國控點，分別為煙廠、崗李水庫、四十七中、市監(jiān)測站、鄭紡機、銀行學校、河醫(yī)大、供水公司和經(jīng)開區(qū)管委。采集1次數(shù)據(jù)/h。同時收集了鄭州市當日的氣象條件和其他空氣污染物數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、PM2.5、PM10、NO2、CO等。

1.2評價方法臭氧超標情況的判斷依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)，根據(jù)環(huán)境功能區(qū)分類和質(zhì)量要求，鄭州市以二級標準作為判定標準：O3-8 h限值為160 μg/m3；O3-1 h限值為200 μg/m3。

2 結(jié)果

2.1 2015～2016年鄭州市臭氧平均濃度月超標情況見表1。由表1可知，2015年鄭州市O3-8 h超標率為10.14%，O3-1 h超標率為5.75%，O3-8 h和O3-1 h平均濃度值同時超標率為3.01%；2016年鄭州市O3-8 h超標率為18.58%，O3-1 h超標率為10.11%，O3-8 h和O3-1 h同時超標率為3.55%。

表1 2015～2016年鄭州市臭氧平均濃度月超標情況

2.2 2015～2016年鄭州市O3-8h的季節(jié)變化趨勢

見圖1。2015及2016年鄭州市月均O3-8 h在春季(3～5月份)開始逐漸升高，在春末夏初(6月份)達到高峰；夏季(6～8月份)月均O3-8 h均較高，變化不明顯；秋季(9～11月份)月均O3-8 h逐漸降低；冬季(12月份～次年2月份)月均O3-8 h基本維持在較低水平。

圖1 2015～2016年鄭州市月均O3-8 h變化

2.3 2015～2016年鄭州市臭氧作為首要污染物出現(xiàn)的變化趨勢見圖2、3。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633-2012)中首要污染物的確定方法，當空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)大于50時，空氣質(zhì)量分指數(shù)(IAQI)最大的污染物為首要污染物。分析鄭州市2015～2016年常見空氣污染物臭氧、PM2.5、PM10、NO2、CO等作為首要污染物的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2015年臭氧作為首要污染物主要出現(xiàn)在6、7、8月；而2016年臭氧污染明顯加重，在5、6、7、8、9月基本取代顆粒物成為首要污染物。

圖2 2015(上)～2016(下)年 鄭州市每月首要污染物出現(xiàn)天數(shù)

圖3 2015～2016年鄭州市 臭氧作為首要污染物每月出現(xiàn)的天數(shù)

2.4 2015～2016年鄭州市臭氧濃度的日變化趨勢

根據(jù)臭氧濃度的季節(jié)變化趨勢，針對臭氧濃度較高的夏季進行臭氧濃度的日變化趨勢分析。分別選取2015年6、7、8月份中O3-8 h最大的6月17日、7月14日和8月21日，及2016年6、7、8月份中O3-8 h最大的6月22日、7月29日和8月31日，整理O3-1 h均值，如圖4所示。由圖可知，臭氧濃度的日變化趨勢呈現(xiàn)單峰型的特點。全天臭氧濃度的最低值出現(xiàn)在06:00～07:00，08:00后臭氧濃度逐漸升高，在14:00～16:00達到全天的峰值，達到峰值后，臭氧濃度逐漸降低，夜間維持在較低水平。

圖4 2015(上)～2016(下)年鄭州市O3-1 h均值變化

3 討論

3.1臭氧濃度的月分布特征通過對鄭州市2015～2016年臭氧污染數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：臭氧濃度在5～9月份內(nèi)連續(xù)多天超標，這與其季節(jié)變化趨勢一致，且臭氧作為主要的污染物也主要出現(xiàn)在5～9月份。這種現(xiàn)象可能是多種因素共同作用的結(jié)果。梁碧玲等[10]通過對深圳市影響臭氧污染的氣象條件的分析表明，氣溫與日照是臭氧形成的有利條件。張吉喆[13]對大連市臭氧污染的成因分析結(jié)果表明，除了日照強度利于臭氧的生成外，人為源的影響可以通過增加臭氧前體物濃度，而利于臭氧的形成。因此，鄭州市2015～2016年5～9月份臭氧污染嚴重，一方面可能與其氣候變化密切相關(guān)，鄭州市屬溫帶季風氣候，夏季高溫，日照充足，可促使臭氧的大量生成；另一方面可能與鄭州市城市化的快速推進，機動車保有量的持續(xù)增加，空氣中臭氧前體物(VOCS和NOX)的大量積累相關(guān)。此外，對比2015年、2016年臭氧的污染情況可知：2015年鄭州市O3-8 h總超標天數(shù)為37 d，超標率為10.14%，而2016年O3-8 h總超標天數(shù)為68 d，超標率為18.58%；且2016年臭氧每月作為首要污染物出現(xiàn)的天數(shù)明顯高于2015年，2015年集中在6～8月份，2016年集中在5～9月份，這可能與霧霾的治理，臭氧前體物的增加，氣溫升高及日照時間的延長相關(guān)。

3.2臭氧濃度的日變化特征臭氧污染嚴重威脅人體健康，了解臭氧的污染特征對臭氧防護，減少臭氧所致的健康效應(yīng)至關(guān)重要。因此，本研究選取了臭氧污染較為嚴重的夏季，即6、7、8月份中O3-8 h平均濃度值最大的具有代表性的當天進行臭氧濃度的日變化趨勢分析。結(jié)果表明臭氧濃度的日變化趨勢呈現(xiàn)單峰型的特點，在午后14:00～16:00可以達到全天的峰值。單峰型的變化趨勢與長江三角洲地區(qū)[11]及京津冀區(qū)[14]臭氧的日變化趨勢一致，但由于地區(qū)性差異，峰值形成時間略有差異。研究[15]表明午后臭氧濃度較高，不僅與午后高溫、紫外線較強而促使光化學反應(yīng)活躍；還與VOCS和NOX等前體物濃度變化有關(guān)。陳宜然等[15]在分析上海臭氧污染與前體物變化特征的研究中發(fā)現(xiàn)，上海市臭氧各前體物的日變化趨勢與臭氧典型的單峰型變化不同，呈雙峰型分布；且隨著午后光化學反應(yīng)活躍，各前體物消耗的加快，而出現(xiàn)最小值，與臭氧的峰值相對應(yīng)。因此，應(yīng)該盡量避免午后出行，減少臭氧所致的損傷。

3.3措施與建議目前我國臭氧污染形勢嚴峻，尤其在夏季，臭氧成為“拖累”空氣質(zhì)量的首要原因，必須引起高度重視。而空氣中的臭氧是光化學反應(yīng)所形成的二次污染物，因此控制臭氧污染，減少臭氧所帶來的危害，一方面需要了解臭氧的污染特征，根據(jù)臭氧的變化趨勢，盡量在污染較嚴重時減少出行；另一方面要控制臭氧前體物的濃度，如優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色通道，強化工業(yè)污染的治理等，減少NOx和VOCs的排放。

總之，本研究著重分析了2015～2016年的臭氧污染數(shù)據(jù)，系統(tǒng)總結(jié)了鄭州市的臭氧污染特征，但鄭州市臭氧污染的相關(guān)氣象因素及其與健康效應(yīng)之間的關(guān)系還有待進一步的研究。

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