中山市一次典型的臭氧污染過程及分析

黃凱濤

摘 要：利用 2018年8月20日-26日中山市空氣自動監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討了一次持續(xù)性臭氧重污染過程中，前體物排放、外來輸送及氣象因素對近地面臭氧濃度的時(shí)空變化影響特征。結(jié)果表明：前體物的排放和輸送是造成污染時(shí)段臭氧濃度升高的主要原因，靜穩(wěn)天氣、偏北氣流影響是此次污染過程持續(xù)和加重的氣象因素。建議管控本地VOCs的排放企業(yè)，加強(qiáng)臭氧污染的聯(lián)防聯(lián)控等以減輕臭氧的污染。

關(guān)鍵詞：臭氧污染;過程分析;前體物;氣象

0 引言

臭氧是天然大氣的重要微量成分，主要是由氮氧化物（NOx）及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等前體物在太陽輻射下發(fā)生光化學(xué)過程反應(yīng)形成[1-2]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)及機(jī)動車保有量的猛增，以臭氧為首要污染物的光化學(xué)污染成為許多城市大氣污染的首要環(huán)境問題[3-5]。

近年來，中山市空氣中PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO年均評價(jià)濃度保持達(dá)標(biāo)且污染物濃度呈逐年下降趨勢，而臭氧濃度出現(xiàn)多次超標(biāo)且呈逐年上升趨勢，以臭氧為首要污染物的污染天占全年總污染天數(shù)80%以上，臭氧已超越PM2.5成為中山市的首要大氣污染物。尤其在夏秋季，臭氧污染頻次高、每次持續(xù)天數(shù)長、污染程度高，形成了夏秋季以臭氧為首要污染物的大氣持續(xù)污染常態(tài)。根據(jù)2017年中山市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，夏秋季臭氧持續(xù)污染超過3天達(dá)8次，污染過程最長持續(xù)12天;最高臭氧日最大八小時(shí)平均值為294微克每立方米，達(dá)重度污染級別。

2018年8月20日-26日，中山市出現(xiàn)了一次臭氧持續(xù)污染天氣，本文對本次污染過程進(jìn)行分析，探討臭氧的污染特征及污染原因，以期為中山市夏秋季節(jié)臭氧持續(xù)污染的防控提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

中山市城區(qū)范圍共布設(shè)四個(gè)大氣自動監(jiān)測站點(diǎn)，分別是華柏園大氣監(jiān)測子站、張溪大氣監(jiān)測子站、長江大氣監(jiān)測子站和紫馬嶺大氣自動站。華柏園空氣自動監(jiān)測站位于中山市中心城區(qū)，張溪空氣自動監(jiān)測站位于中山市城區(qū)原工業(yè)區(qū)，長江水庫自動監(jiān)測站（清潔對照點(diǎn)）位于中山市長江旅游區(qū)，紫馬嶺公園空氣自動監(jiān)測站位于中山市紫馬嶺公園內(nèi)，這四個(gè)站點(diǎn)分別代表了商住混合區(qū)、工業(yè)區(qū)、旅游區(qū)、文化區(qū)等若干塊功能區(qū)。本文所使用臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)均來自于四個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)。氣象數(shù)據(jù)來自中山市氣象局的常規(guī)地面觀測資料和常規(guī)高空天氣圖資料。

2 污染過程和討論

2.1 臭氧污染變化特征

8月20日至26日，中山市經(jīng)歷了一次持續(xù)7天的臭氧污染過程。此次污染過程從20日午時(shí)開始，隨著太陽輻射和光化學(xué)反應(yīng)的增強(qiáng)，臭氧濃度急劇上升達(dá)到中度污染，污染持續(xù)三天且呈上升趨勢，23日污染有所回落，臭氧八小時(shí)平均第90百分位數(shù)濃度下降為輕度污染級別（166微克每立方米）。而后臭氧污染卷土重來，于24日午后飆升至污染峰值，紫馬嶺15：00時(shí)臭氧小時(shí)值高達(dá)353微克每立方米，中山市日臭氧八小時(shí)平均第90百分位數(shù)濃度為301微克每立方米，達(dá)重度污染級別。25-26日臭氧濃度緩慢下降，至27日空氣質(zhì)量級別回落至良，此次臭氧污染結(jié)束。

中山市區(qū)四個(gè)空氣自動站的臭氧濃度小時(shí)值變化趨勢見圖2。從圖中可以看出，華柏園、張溪、紫馬嶺和長江旅游區(qū)的小時(shí)值在8月20日-26日期間污染的逐時(shí)變化趨勢基本一致，每日基本呈單峰變化，夜間較低，6：00左右為臭氧濃度的峰谷值，約9：00開始臭氧濃度明顯上升，在午后15：00左右濃度達(dá)到高峰值，而后隨氣溫降低等因素影響臭氧濃度逐漸下降。張溪空氣自動站處北面上風(fēng)向區(qū)，臭氧小時(shí)值略高于其他空氣自動站。長江旅游區(qū)處南面且為清潔對照點(diǎn)，臭氧小時(shí)值低于其他空氣自動站。

2.2 臭氧污染成因分析

2.2.1 臭氧污染的來源

8月20-26日中山各類VOCs濃度都有所升高，尤其是芳香烴濃度比上月增長了1.5倍。利用山東大學(xué)薛麗坤教授光化學(xué)模型OBM-AOCP對紫馬嶺超級站VOCs及其他相關(guān)指標(biāo)分析可見，20日上午11時(shí)臭氧化學(xué)生成速率已達(dá)28ppbv，12時(shí)達(dá)到日峰值35ppbv，11時(shí)到15時(shí)是臭氧光化學(xué)生成速率最高的時(shí)段。模型計(jì)算所得的白天臭氧化學(xué)生成速率顯著高于實(shí)際增長速率，可見前體物光化學(xué)生成是導(dǎo)致本次中山市臭氧污染的主導(dǎo)因素，而人為源中芳香烴排放是主要的臭氧前體物來源。隨著氣象條件進(jìn)一步惡化，臭氧濃度繼續(xù)升高，至24日，臭氧日最大八小時(shí)平均值達(dá)高峰值。

按照臭氧生成潛勢（OFP）計(jì)算，紫馬嶺超級站8月20-26日臭氧生成潛勢最大的前十物種里有4個(gè)為芳香烴，分別是間/對二甲苯、鄰二甲苯、甲苯與乙苯;4個(gè)為烯烴，分別是異戊二烯、乙烯、丙烯與反-2-丁烯;還有2個(gè)烷烴為異戊烷與正丁烷。前十物種的臭氧生成潛勢貢獻(xiàn)占全部物種貢獻(xiàn)的76.8%。可見人為源芳香烴的排放是主要的臭氧前體物來源。天然源中異戊二烯同樣是臭氧關(guān)鍵來源之一。

根據(jù)廣東省環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)值模型來源解析結(jié)果顯示，中山污染來源主要以外來前體物輸送導(dǎo)致，海洋氣流對中山亦有明顯貢獻(xiàn)。相鄰城市及偏北方向（上風(fēng)向）的城市和省份貢獻(xiàn)較大。中山本地源占比為8%。

2.2.2 氣象條件對臭氧污染的影響分析

8月20日受中低層偏北風(fēng)影響，珠三角地區(qū)以靜穩(wěn)天氣為主，垂直對流弱，水平方向主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槿醣憋L(fēng)，且風(fēng)力由北向南逐步減弱，易于污染物傳輸并累積到下風(fēng)向地區(qū)并造成臭氧污染。20日上午中山市吹弱西北風(fēng)，有利于珠三角中部地區(qū)臭氧前體物的輸入;中午13時(shí)始，西北、西南風(fēng)在中山市形成輻合風(fēng)場，導(dǎo)致本地?cái)U(kuò)散能力減弱，隨著午后太陽輻射增強(qiáng)氣溫逐漸上升，最高氣溫升至34℃，光化學(xué)反應(yīng)明顯，臭氧濃度迅速增加并達(dá)到污染的峰值，PM2.5也同期達(dá)到全日峰值，形成復(fù)合污染;17時(shí)后隨著太陽輻射減弱、西南風(fēng)力顯著加強(qiáng)，臭氧、PM2.5等污染濃度都迅速下降，污染減弱。

8月20日-26日中山市受副熱帶高壓控制，天氣靜穩(wěn)，持續(xù)吹東北風(fēng)或偏北風(fēng)，風(fēng)力較弱，且光照強(qiáng)烈，氣溫高，大氣擴(kuò)散條件不利。中山位于珠江口岸屬下風(fēng)向地區(qū)，受污染物輸送影響明顯，污染較重。

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

分析本次臭氧持續(xù)污染過程發(fā)現(xiàn)：此次污染過程中，中山市受副熱帶高壓控制，天氣靜穩(wěn)，氣溫高且持續(xù)吹弱偏北風(fēng)，氣象條件不利。污染氣團(tuán)來自偏北向的大陸工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，疊加本地臭氧的生成，導(dǎo)致本次污染持續(xù)時(shí)間長、程度重。

3.2 建議

3.2.1 加強(qiáng)管控臭氧前體物的排放

中山市家具、五金表面噴涂、小家電等制造行業(yè)企業(yè)眾多，涂料、染料、油墨等涉VOCs原輔材料使用量大，對甲苯、間/對二甲苯等關(guān)鍵前體物排放貢獻(xiàn)突出。應(yīng)進(jìn)一步提高相關(guān)行業(yè)生產(chǎn)管理水平和治污水平，減少本地源排放和積累。

3.2.2 區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控形成治污合力

城市之間大氣污染變化過程呈現(xiàn)明顯的同步性，區(qū)域性臭氧污染特征十分顯著。單靠一個(gè)城市治理臭氧污染效果并不明顯，建議加強(qiáng)對廣東省臭氧重污染事件的觀測、數(shù)值模擬、污染治理，進(jìn)一步與周邊城市合作完善區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控的協(xié)調(diào)機(jī)制。

3.2.3 加強(qiáng)與氣象部門的合作

臭氧污染受季節(jié)、風(fēng)向風(fēng)速、太陽輻射等氣象條件影響，建議進(jìn)一步加強(qiáng)與氣象部門的會商與交流，制定相關(guān)預(yù)報(bào)預(yù)警機(jī)制應(yīng)對不利氣象條件下的臭氧污染。

參考文獻(xiàn)：

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