2016-2018年江油市臭氧變化特征分析

邱國華

（綿陽市江油生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 四川綿陽 621010）

引言

隨著我國大氣污染防治措施的日趨加重，顆粒物濃度呈逐漸下降趨勢[1]，但是近地面臭氧（O3）污染問題逐漸凸顯[2]，尤其是春、夏季臭氧成為部分城市環(huán)境空氣超標(biāo)的首要因子，并且臭氧質(zhì)量濃度逐年上升。2016 年至2018 年[3]全國338 個城市O3日最大8 小時平均第90 百分位數(shù)濃度平均值分別為138μg/m3、149μg/m3和151μg/m3。根據(jù)環(huán)境質(zhì)量公報，2019 年，全國以臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的41.8%，僅次于PM2.5（占比45%），臭氧成為夏季大氣污染防治的重點。

針對臭氧質(zhì)量濃度變化特征、污染規(guī)律不同區(qū)域或地區(qū)進行了系列研究，易睿等對[4]長江三角洲地區(qū)2013 年臭氧質(zhì)量濃度進行分析，25 個城市中已有4 個城市超過 《環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中二級濃度限值。河南省[5]臭氧季度濃度變化特征為 夏 季（153μg/m3）、春季（126μg/m3）、秋季（90μg/m3）和冬 季（63μg/m3），同時豫西和豫北地區(qū)的洛陽、鶴壁、安陽和焦作等地臭氧超標(biāo)尤為明顯。北京市[6]臭氧5-8 月也維持在相對較高濃度，質(zhì)量濃度呈現(xiàn)單峰型分布，15-16 時出現(xiàn)峰值，同時臭氧具有明顯的“周末效應(yīng)”。四川省[7]17 個地（市）2015-2018 年臭氧濃度也呈現(xiàn)升高趨勢，春末及夏季污染最為嚴(yán)重，同時高值區(qū)域由成都平原地區(qū)向川南地區(qū)和川東北地區(qū)延伸。目前，已有的研究主要針對京津冀及周邊、長三角地球、珠三角地區(qū)和汾渭平原等，川渝地區(qū)主要圍繞成都、重慶等典型城市開展相關(guān)分析，其余城市研究偏少。

江油市位于四川盆地北部、成渝經(jīng)濟區(qū)北端，幅員面積2719平方公里，總?cè)丝?8 萬，城市建成區(qū)面積50 平方公里。江油市以平壩和丘陵地貌為主，西北部多山地，東南部為平原和丘陵，江油市屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，四季分明、降水豐沛、熱量充足、無霜期長，冬春常有旱象，夏秋易發(fā)洪澇。江油市是我國重要的能源基地，冶金基地和建材基地，2018 年全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值428 億元。目前，江油市臭氧污染形勢也是日趨嚴(yán)重，但是關(guān)于臭氧變化特征及污染形勢分析研究較少，本研究利用2016-2018 年江油市臭氧實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行年際、季度、月份和小時質(zhì)量濃度變化特征分析，確定該地區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律，同時提出臭氧污染防控的措施，為后期臭氧管控和污染防治提供技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源及評價

2016-2018 年臭氧自動監(jiān)測數(shù)據(jù)來自于空氣自動監(jiān)測站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中臭氧為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（大氣溫度為273K，大氣壓力為101.325kPa）濃度。按照 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ663-2013）相關(guān)規(guī)定對臭氧（O3）進行計算和評價，臭氧日均評價為O3的日最大8 小時滑動平均濃度（O3-8h），臭氧月濃度、季度濃度及年濃度分別取O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數(shù)。季節(jié)劃分為春季3-5 月，夏季6-8 月，秋季9-11 月，冬季12-2 月。

2 結(jié)果與討論

2.1 年際質(zhì)量濃度

2016-2018 年江油市O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數(shù)分別為96μg/m3、111μg/m3和142μg/m3（圖1）均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中臭氧日最大8 小時平均二級濃度限值，但是臭氧濃度整體呈現(xiàn)快速增長趨勢。從首要污染物進行分析，2016 年江油市首要污染物為O3僅11 天，同時全部為良，2017 年增加至44 天，但2018 年江油市出現(xiàn)了O3超標(biāo)污染，其中輕度污染14 天、中度污染2 天（圖1）。四川省[8]2016-2018年21 個地（市、州）的O3日最大8 小時滑動均值第90 百分位數(shù)分別為132μg/m3、140.5μg/m3和144.4μg/m3，江油市年際O3濃度雖然低于四川省，但江油市臭氧年濃度增長速率超過四川省，同時我國背景站也表現(xiàn)為相同的增長趨勢，主要是受全球氣候變暖、人為污染排放量及區(qū)域大范圍傳輸?shù)纫蛩赜绊慬9]。由于臭氧主要是由NOx和揮發(fā)性有機物（VOCs）等前體物通過復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)二次轉(zhuǎn)化生成，為了控制臭氧質(zhì)量濃度，2016-2018 年江油市嚴(yán)格執(zhí)行“減排、壓煤、抑塵、治車、控秸”五大工程，對境內(nèi)的火電廠、水泥廠等主要氮氧化物排放企業(yè)進行了超低排放改造，同時淘汰燃煤小鍋爐。對企業(yè)開展揮發(fā)性有機物專項排查和違法整治，對移動源和非道路移動機械源開展登記和排查，淘汰黃標(biāo)車，聯(lián)合其他部門進行機動車尾氣檢測。雖然進行了大量的臭氧防控工作，但是臭氧質(zhì)量濃度仍然呈現(xiàn)快速增長趨勢，臭氧污染防治需加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，落后產(chǎn)能淘汰，繼續(xù)減排揮發(fā)性有機物和氮氧化物等前體物。

圖1 2016-2018年江油市O3年際濃度變化和首要污染物次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

圖2 江油市2016-2018年O3季度濃度變化

2.2 季度質(zhì)量濃度

2016-2018 年江油市O3季度質(zhì)量濃度變化見圖2，由圖可知2016 年O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數(shù)濃度變化表現(xiàn)為夏季＞秋季＞冬季＞春季，2017 年為夏季＞春季＞冬季＞秋季，2018 年為春季＞夏季＞冬季＞秋季。顯然夏季O3質(zhì)量濃度較高，主要是夏季溫度較高，平均日照時數(shù)長，光輻射強度高，同時風(fēng)力較弱，不利氣象條件更有利于加速氮氧化物和揮發(fā)性有機物進行光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧。2018 年春季O3濃度高于夏季，主要是2018 年夏季江油市降雨量為1520.4mm，明顯高于春季（238.4mm），同時春季平均日照時數(shù)（482h）和夏季（483h）基本相同，使得2018 年春季O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數(shù)濃度高于夏季。冬季和秋季受亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候和丘陵地形地貌共同作用影響，氣溫較低，平均日照時數(shù)短，不利于前體物進行光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧，顯然春季和夏季屬于江油市臭氧污染防治的重要時間段。上海市[10]2010-2016 年冬季O3濃度也相對于其他3 個季節(jié)最低，但質(zhì)量濃度也整體表現(xiàn)為逐年升高的趨勢。

2.3 月質(zhì)量濃度

2016-2018 年江油市O3和NO2每月質(zhì)量濃度變化曲線見圖3，由圖可知O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數(shù)濃度均表現(xiàn)為相似的變化趨勢，1-7 月O3質(zhì)量濃度呈現(xiàn)快速增長的趨勢，8-12 月呈現(xiàn)快速下降的趨勢。NO2整體變現(xiàn)為相反的變化趨勢，1-7 月NO2月均質(zhì)量濃度緩慢下降，7 月份達(dá)到最小值，隨后NO2月均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)增長趨勢。主要是江油市冬季時間較短，3 月份后氣溫回升較為明顯，同時平均日照數(shù)增加，光輻射強度增強，氮氧化物能夠參與光化學(xué)反應(yīng)被消耗[11]，使得O3質(zhì)量濃度逐漸升高，NO2逐漸下降，6-8 月江油市溫度較高，所以反應(yīng)生成的O3質(zhì)量濃度較高，使得NO2濃度達(dá)到最低，9 月份后江油市氣溫開始逐漸下降，光輻射強度減弱，O3的二次生成減少，質(zhì)量濃度整體也對應(yīng)呈下降趨勢，NO2由于反應(yīng)消耗較少質(zhì)量濃度呈增加趨勢。另外，每年1-6 月對應(yīng)的O3整體表現(xiàn)為逐漸升高的趨勢，主要是隨著全球變暖和溫室效應(yīng)，溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，有助于O3的二次轉(zhuǎn)化生成。

圖3 2016-2018年江油市O3和NO2每月濃度變化

圖4 2016-2018年江油市O3和NO2小時平均濃度變化

2.4 小時質(zhì)量濃度

圖4 為2016-2018 年江油市O3和NO2的小時平均濃度變化曲線，由圖可知，2016-2018 年江油市O3小時平均濃度表現(xiàn)為相同的變化特征，1-8 時O3小時濃度相對穩(wěn)定，9-16 時O3小時平均濃度表現(xiàn)為非線性快速增長，在16 時O3小時濃度達(dá)到最大值，17-24 時O3小時平均濃度也表現(xiàn)為非線性快速下降趨勢。NO2小時濃度變化趨勢與O3完全不同，整體表現(xiàn)為“雙波峰”，受上班早高峰生活源和機動車尾氣的排放，對應(yīng)的氮氧化物質(zhì)量濃度增加，09 時達(dá)到峰值，隨著光照增加，溫度升高，相對濕度降低，大氣化學(xué)反應(yīng)活躍，氮氧化物和揮發(fā)性有機物能夠快速進行化學(xué)反應(yīng)生成O3，使得O3進行累積。氮氧化物由于參與化學(xué)反應(yīng)被消耗而迅速下降，在15 時或16 時達(dá)到最低值，而O3達(dá)到最高值。17 時后雖然受下班晚高峰機動車及生活源排放增加，但光輻射輕度減弱，溫度降低，O3二次轉(zhuǎn)化生成減弱，同時受NO滴定作用，部分O3被快速消耗，使得O3濃度較低，而NO2進行快速積累，質(zhì)量濃度升高。2016 年O3小時平均濃度最低，而2018 年的O3小時平均濃度最高，對于臭氧小時濃度最大值2016-2018 年均為16 時，同時峰值在逐年增加，2016 年的16 時為60μg/m3，2018 年增加為95.4μg/m3。

3 防控措施及建議

隨著大氣污染防治措施的持續(xù)推進，我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，但生態(tài)環(huán)境保護仍面臨著嚴(yán)峻的形勢，尤其是臭氧污染防治。近地面臭氧污染防治是目前面臨的主要難點之一，需結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和臭氧變化特點因地制宜，提出對應(yīng)的管控措施和建議。結(jié)合江油市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地域特點和臭氧的質(zhì)量現(xiàn)狀、污染特征，需注重如下管控措施：

（1）在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面。按照政府統(tǒng)一規(guī)劃，繼續(xù)加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實施企業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)改造，全力推進新能源、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)和高端裝備制造業(yè)等，大力推行新能源車，淘汰黃標(biāo)車，加強柴油貨車和非道路移動源管控。對涉揮發(fā)性有機物的石化、化工、工業(yè)涂裝、塑料制品等行業(yè)進行調(diào)整或轉(zhuǎn)型升級，對涉氮氧化物的火電、水泥、玻璃和燃煤鍋爐等進行超低排放改造或淘汰落后產(chǎn)能。

（2）加強前體物削減，強化O3和顆粒物協(xié)同管控。氮氧化物和揮發(fā)性有機物既是光化學(xué)反應(yīng)生成O3的前體物，也是PM2.5中二次組分的主要前體物，為了控制O3和顆粒物，需要結(jié)合O3和顆粒物來源解析結(jié)果，針對性的加強對氮氧化物和揮發(fā)性有機物等前體物的削減。同時，大氣中PM2.5 濃度顯著下降時，會導(dǎo)致光輻射增強，有利于O3生成，在進行大氣污染防治的需做到O3和顆粒物協(xié)同管控。

（3）加強重點區(qū)域、重要時段管控，要求錯峰生產(chǎn)，強化地域聯(lián)防聯(lián)控。江油市的臭氧高濃度值主要集中在春、夏季，需要加強對重要時段的管控，O3高值區(qū)域主要集中在12-19 時，結(jié)合環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報，對重點區(qū)域、重點行業(yè)提前強化減排措施，進行錯峰生產(chǎn)，同時由于相對濕度與O3小時濃度呈負(fù)相關(guān)，強化科學(xué)灑水降溫措施。另外，O3能夠在氣象條件下進行區(qū)域傳輸，并且污染具有區(qū)域性，為了整體降低O3質(zhì)量濃度，除了調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強前體物管控外，還需要聯(lián)合周邊地（市、州）進行區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控。

（4）強化科技支撐，建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。目前單純的O3質(zhì)量濃度監(jiān)測只能反映變化特征，無法說明臭氧污染成因，為了做到精準(zhǔn)防治需建立光化學(xué)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，確定揮發(fā)性有機物主要物種及高反應(yīng)活性物種，同時借助源解析模型，確定O3形成機制，提出針對性的管控措施。另外需要加強對環(huán)境空氣或重點污染源揮發(fā)性有機物或氮氧化物進行走航監(jiān)測分析，準(zhǔn)確查找污染源，針對查找到的污染源進行及時管控，以減少人工查找污染源的時效性和不確定性。

結(jié)語

雖然我國顆粒物濃度逐年下降，但近地面臭氧污染問題逐漸凸顯，分析江油市臭氧濃度變化特征發(fā)現(xiàn)，江油市臭氧變化趨勢與全國基本相似，年際濃度逐年增加，并且具有明顯的季節(jié)性特點，春季和夏季臭氧濃度偏高，每日16 時左右出現(xiàn)峰值，并且峰值濃度也逐年增加。為減輕臭氧對環(huán)境和人體健康的危害，需結(jié)合江油市經(jīng)濟現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地域特點和臭氧污染特征，繼續(xù)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，同時加大氮氧化物和揮發(fā)性有機物等前體物的削減力度。另外，需注重科技手段，結(jié)合環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報，對重點區(qū)域、重點時段進行精準(zhǔn)管控，要求企業(yè)錯峰生產(chǎn)，強化地域聯(lián)防聯(lián)控，以推動臭氧和顆粒物協(xié)同減排。