環(huán)境空氣中臭氧污染特征及相關(guān)氣象要素研究

李利霞，王 亮，陳芙蓉，賈 靖

（1.河南省濟(jì)源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南濟(jì)源 459000；2.濟(jì)源產(chǎn)城融合示范區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，河南濟(jì)源 459000）

近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，其中不僅包括PM2.5污染，臭氧污染也成為影響空氣質(zhì)量的重要因素之一。從國(guó)家發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)看，京津冀、珠三角、長(zhǎng)三角地區(qū)，臭氧已經(jīng)成為首要污染物，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】涤兄^大的影響[1]。如圖1所示，是京津冀、長(zhǎng)三角及珠三角地區(qū)臭氧年變化圖，從圖1可以看出，臭氧問(wèn)題呈現(xiàn)出日趨嚴(yán)重的趨勢(shì)。本文以河南某市城市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)為依托，分析2019年1—12月臭氧變化的情況，希望可以通過(guò)本文的研究為該區(qū)域內(nèi)改善環(huán)境質(zhì)量、建設(shè)生態(tài)城市提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 京津冀、長(zhǎng)三角及珠三角地區(qū)臭氧年變化圖

1 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

1.1 臭氧濃度的達(dá)標(biāo)狀況

依據(jù)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，臭氧小時(shí)平均濃度限值為200μg/m3，8h滑動(dòng)均值月百分位濃度限值為160μg/m3，依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全年監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中，臭氧小時(shí)濃度值為1～262μg/m3，最小值濃度1μg/m3，出現(xiàn)在2019年9月17日5時(shí)，最大值濃度262μg/m3，出現(xiàn)在2019年7月6日13小時(shí)，超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.31倍。臭氧日最大8h平均濃度值為6～238μg/m3，最小值濃度6μg/m3，出現(xiàn)在2019年12月10日，最大值濃度238μg/m3，出現(xiàn)在2019年7月6日，超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.49倍。從以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，河南某市2019年城市環(huán)境空氣中臭氧污染主要為臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位平均濃度污染，全年超過(guò)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的百分率為14.4%。

1.2 臭氧濃度時(shí)間的分布特征

（1）臭氧小時(shí)平均濃度值變化特征，臭氧小時(shí)平均濃度在一天中顯示呈單一峰值模式。晚上，濃度比較低，并且變化比較平緩，下午15時(shí)至17時(shí)達(dá)到最高峰值。

（2）臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位濃度的季節(jié)變化特征，2019年臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位濃度在5～8月份較高，最高值出現(xiàn)在6月，8h滑動(dòng)均值月百分位濃度達(dá)到164μg/m3。11月至次年3月較低，最低值出現(xiàn)在1月份，8h滑動(dòng)均值月百分位濃度為47μg/m3。在2019年，日最大8h滑動(dòng)均值月百分位濃度呈現(xiàn)出夏季高，春季、秋季、冬季低的趨勢(shì)，與國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果基本一致。將2019年臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位濃度超出GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》臭氧濃度限值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)按月統(tǒng)計(jì)，臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位濃度超標(biāo)月份主要集中在4～8月，6月、7月、8月三個(gè)月超標(biāo)天數(shù)最多，分別為17天、11天、16天，1月、2月、3月、9月、11月、12月超標(biāo)天數(shù)為零。由此可以看出該區(qū)域臭氧污染主要是夏季最高，春、秋季較低，冬季最低，具有明顯的季節(jié)特征。

1.3 臭氧污染環(huán)境空氣質(zhì)量分指數(shù)對(duì)年度環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

1.3.1 臭氧日最大8h滑動(dòng)均值濃度分指數(shù)狀況

根據(jù)HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》，對(duì)該區(qū)域2019年臭氧日最大8h滑動(dòng)均值濃度環(huán)境空氣質(zhì)量分指數(shù)，對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量污染物濃度指數(shù)表統(tǒng)計(jì)出臭氧各級(jí)別天數(shù)，其中優(yōu)天數(shù)192d，良天數(shù)117d，輕度污染天數(shù)49d，中度污染天數(shù)3d，無(wú)重度污染以上天數(shù)。

1.3.2 臭氧日最大8h滑動(dòng)均值濃度環(huán)境空氣質(zhì)量分指數(shù)對(duì)全年環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

2019年環(huán)境空氣質(zhì)量以臭氧為首要污染物的有51d，占污染天數(shù)的33.1%，可見(jiàn)臭氧對(duì)全年空氣質(zhì)量影響很大。主要原因是，該市臭氧污染天氣主要集中在夏季，而細(xì)顆粒物和可吸入顆粒物質(zhì)濃度值在夏天相對(duì)較低，兩項(xiàng)目污染天氣主要集中在冬季。臭氧明顯的季節(jié)性污染特征致使該區(qū)域內(nèi)全年的污染天數(shù)顯著增加。

2 相關(guān)氣象要素對(duì)臭氧濃度的影響

2.1 風(fēng)速的影響

將該區(qū)域內(nèi)2019年臭氧日最大8h均值濃度相對(duì)應(yīng)的同步監(jiān)測(cè)到的8h風(fēng)速平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，得出風(fēng)速在1.5～2.5m/s時(shí)，臭氧濃度達(dá)到最高值，風(fēng)速低于1.5m/s或高于2.5m/s時(shí)臭氧濃度較低。風(fēng)速越低，就非常不利于環(huán)境空氣中污染物的擴(kuò)散。但是，根據(jù)河南某市的氣候特點(diǎn)，靜風(fēng)天氣（8h風(fēng)速平均值小于0.5m/s）多發(fā)生在秋季，氣溫越低，臭氧的產(chǎn)生受到抑制，產(chǎn)生臭氧最活躍的夏季多為1.5～2.5m/s的微風(fēng)。當(dāng)風(fēng)速高于2.5m/s時(shí)，漂浮于環(huán)境空氣中的污染物會(huì)得到快速擴(kuò)散和稀釋，致使各項(xiàng)環(huán)境空氣中的污染物濃度包括臭氧在內(nèi)，都會(huì)得到降低。

2.2 氣溫的影響

臭氧濃度與氣溫正相關(guān)，氣溫升高，臭氧濃度隨著增加。當(dāng)臭氧日最大8h均值濃度對(duì)應(yīng)8h平均氣溫高于28℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的日最大8h均值濃度超過(guò)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)160μg/m3。環(huán)境空氣中臭氧項(xiàng)目污染的氣象特征表明，氣溫越高，越容易產(chǎn)生高濃度臭氧，氣溫越低，越不利于臭氧污染的產(chǎn)生。因此，臭氧污染在夏季較為嚴(yán)重，冬季相對(duì)較輕。

2.3 光照的影響

該區(qū)域臭氧小時(shí)平均濃度值最低值發(fā)生在上午7時(shí)，隨著光照強(qiáng)度增加，臭氧濃度值也逐漸升高，在中午前后光照強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)。但是臭氧具有累積效應(yīng)，因此臭氧濃度的最大值出現(xiàn)在午后14—17時(shí)。由此也可證明，臭氧污染的氣象特征與光照的強(qiáng)弱有直接關(guān)系，光照越強(qiáng)，臭氧濃度越高。

2.4 降雨的影響

降水發(fā)生時(shí)，云量普遍較大，光照強(qiáng)度弱，溫度低，不利于臭氧光化學(xué)的形成，抑制臭氧的產(chǎn)生。另一方面，由于臭氧溶解度隨溫度的降低而增加，當(dāng)有降水時(shí)，臭氧在近地表層的溶解度增加，也導(dǎo)致臭氧濃度的降低。所以，在干燥地區(qū)，臭氧污染相對(duì)較為嚴(yán)重，而降水較多或空氣濕潤(rùn)的地區(qū)，臭氧污染則相對(duì)較輕。

3 結(jié)論

1）2019 年，河南某市城市環(huán)境空氣中臭氧的污染主要為臭氧日最大8h滑動(dòng)均值月百分位平均濃度污染，全年超過(guò)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的百分率為14.4%。

2）臭氧濃度的變化具有明顯的日變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為夜間濃度低并且變化平緩，下午15—17時(shí)達(dá)到峰值。

3）臭氧污染季節(jié)性特點(diǎn)明顯，污染天氣主要集中在夏季。

4）風(fēng)速、溫度、光照等氣象要素對(duì)臭氧的濃度變化有較大影響。臭氧污染受有關(guān)氣象要素影響的特征是：陽(yáng)光充足、高溫、風(fēng)速低于1.5m/s的正午將出現(xiàn)高濃度臭氧污染。

4 建議

1）加強(qiáng)交通疏導(dǎo)，減少怠速停留。對(duì)區(qū)域內(nèi)高峰期經(jīng)常發(fā)生擁堵的路段加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)交通疏導(dǎo)，減少汽車尾氣排放。在這方面不同地區(qū)要綜合考慮自身交通情況，用合理的方式減少汽車擁堵的問(wèn)題。

2）涉VOCS作業(yè)錯(cuò)時(shí)施工。每日13點(diǎn)到17點(diǎn)陽(yáng)光充足、溫度高期間，在重點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)禁止進(jìn)行建筑墻體涂刷裝飾、市政道路劃線、欄桿噴涂等使用有機(jī)溶劑的作業(yè)。

3）實(shí)施重點(diǎn)企業(yè)氮氧化物限排[2]。重點(diǎn)管控時(shí)段，對(duì)氮氧化物排放量大的企業(yè)減半限排或停排。

4）強(qiáng)化餐飲油煙污染治理，開(kāi)展餐飲油煙專項(xiàng)治理行動(dòng)。推廣使用高效油煙凈化設(shè)備，確保油煙凈化設(shè)施全部安裝，禁止露天燒烤和店外燒烤。

5）實(shí)施加油站、儲(chǔ)油庫(kù)油氣回收檢查[3]。對(duì)發(fā)現(xiàn)的油氣回收設(shè)施不健全、運(yùn)行不正常等違法行為依法查處，責(zé)令停業(yè)整治。

6）加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，壓減煤電，加快清潔能源替代進(jìn)程。在條件允許的地區(qū)，可大力發(fā)展風(fēng)電，減少對(duì)煤電的依賴。另外，還可通過(guò)階段性電費(fèi)計(jì)價(jià)的形式來(lái)縮減電能的使用，這樣也能達(dá)到節(jié)能減排的目的。

7）優(yōu)化發(fā)展方式，改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，在火電、鋼鐵水泥建材、焦化、有色、石油煉制、化工、農(nóng)藥醫(yī)藥、包裝印刷等重點(diǎn)行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)[4]，減少污染物排放。

8）實(shí)施重點(diǎn)涉VOCs企業(yè)管控。重點(diǎn)管控時(shí)段開(kāi)展重點(diǎn)涉VOCs企業(yè)產(chǎn)物環(huán)節(jié)和工序摸排統(tǒng)計(jì)和管控督導(dǎo)?？稍谥攸c(diǎn)監(jiān)控企業(yè)周邊設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隨時(shí)把握污染物排放的動(dòng)態(tài)，如果超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)，則要重點(diǎn)的進(jìn)行處罰，以此來(lái)形成警示。