石獅市臭氧污染特征與氣象因子關(guān)系的研究

陳鴻源

（石獅市環(huán)境監(jiān)測站，福建 石獅 362700）

我國持續(xù)高速的經(jīng)濟增長及城市化進(jìn)程取得顯著發(fā)展同時，環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重，其中，臭氧已經(jīng)成為影響空氣質(zhì)量的主要因子[1]。本文基于2018～2020年石獅市3座省控空氣自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了石獅市臭氧的變化特征及規(guī)律，并探討了其與氣象要素的相關(guān)性，以期為石獅市臭氧污染的區(qū)域防治提供參考。

1 數(shù)據(jù)資料來源

臭氧、二氧化氮、氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)來源于石獅市3座省控空氣自動站，監(jiān)測點位分別位于前廊村（E:118°35’56.0”，N:24°44’36.9”）、金林村（E:118°38’9.96”，N:24°43’57.0”）和寶蓋山（E:118°40’5.88”，N:24°42’57.9”），其中寶蓋山為對照點，其余點位為評價點。

2 結(jié)果與分析

2.1 石獅市臭氧及二氧化氮時間變化趨勢

2.1.1 石獅市臭氧逐年變化趨勢

在（圖1）中展示了石獅市2018～2020年臭氧日最大8小時濃度（90百分位數(shù)）及臭氧超標(biāo)天數(shù)分布情況，從圖中可以看出，從2018～2020年石獅市臭氧濃度和超標(biāo)天數(shù)都呈現(xiàn)下降的趨勢，2018年臭氧濃度為156 μg/m3，全年超標(biāo)天數(shù)為31天；2019年臭氧濃度為143 μg/m3，同比下降8.3%，超標(biāo)天數(shù)為14天，同比下降54.8%；2020年臭氧濃度為118 μg/m3，同比下降17.5%，超標(biāo)天數(shù)為2 天，同比下降85.7%。

圖1 石獅市2018～2020年臭氧濃度及超標(biāo)天數(shù)分布

2.1.2 月變化特征

石獅市臭氧和二氧化氮濃度月變化特征，從（圖2）可以看出，2018年臭氧濃度4月最高，高達(dá)196 μg/m3，是近三年來月均濃度最高值，超標(biāo)天數(shù)最多在10月；2019年臭氧濃度最高在9月，超標(biāo)天數(shù)最多在10月；2020年臭氧濃度較為平穩(wěn)，超標(biāo)天數(shù)僅2天。

圖2 石獅市2018～2020年臭氧濃度和超標(biāo)天數(shù)逐月分布

石獅市近三年二氧化氮濃度的月變化，從（圖3）中可以看出，石獅市二氧化氮濃度整體水平較低。2018年與2020年二氧化氮濃度最高均出現(xiàn)在3月；2019年二氧化氮濃度最高為12月。

圖3 石獅市2018～2020年二氧化氮濃度逐月分布

2.1.3 日變化特征

石獅市2018～2020年臭氧濃度日變化分布，從（圖4）中可以看出2018年和2019年臭氧濃度日變化曲線較一致，呈現(xiàn)出明顯的單峰形分布特征，自0點開始下降，7點達(dá)到最低值，之后開始上升，14點達(dá)到最高值，再下降。

圖4 石獅市2018～2020年臭氧濃度日變化分布

2.2 臭氧與二氧化氮相關(guān)性分析

對2018～2020年超標(biāo)天數(shù)各站點臭氧濃度與二氧化氮濃度進(jìn)行分析（見圖5），發(fā)現(xiàn)臭氧與二氧化氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在14點時，臭氧濃度出現(xiàn)峰值，而二氧化氮值最小，二者變化規(guī)律正好相反。原因是二氧化氮是臭氧的前體物之一，在午后14點，二氧化氮在一定的太陽輻射和溫度的條件下，轉(zhuǎn)化成臭氧[2]。

圖5 石獅市各站點2018年到2020年超標(biāo)天臭氧與二氧化氮濃度日變化分布

2.3 氣象要素對臭氧的影響

2.3.1 臭氧與溫度的相關(guān)性分析

選取2018年超標(biāo)天數(shù)較多的4～10月進(jìn)行統(tǒng)計分析（見圖 6），當(dāng)溫度分別為0～20 ℃、20～25 ℃和25～30 ℃時與臭氧呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，這可能是由于石獅市地理位置處于三面環(huán)海的緣故，溫度不高時對臭氧的影響并不大；當(dāng)溫度大于30 ℃時，隨著溫度的升高，臭氧濃度明顯上升，在35～40 ℃之間時，臭氧濃度達(dá)到最高值149 μg/m3。

圖6 不同溫度區(qū)間下臭氧分布

2.3.2 臭氧與相對濕度的相關(guān)性分析

2018年超標(biāo)天數(shù)較多的4～10月臭氧濃度在不同相對濕度區(qū)間下的分布情況（見圖7），當(dāng)相對濕度與臭氧濃度呈現(xiàn)較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系時，隨著相對濕度區(qū)間的增大，臭氧濃度也逐漸降低，這是因為在高相對濕度條件下，水汽中所含的自由基會迅速將臭氧分解為氧分子，以此降低臭氧濃度[3]。當(dāng)相對濕度在30%～40%之間時，臭氧濃度較高，為150 μg/m3；當(dāng)相對濕度處于90%～100%之間時，臭氧濃度最低，僅有42 μg/m3。

圖7 不同相對濕度區(qū)間下臭氧分布

基于以上分析，進(jìn)一步結(jié)合溫度與相對濕度兩個要素對臭氧的影響（見圖8）來看，可以發(fā)現(xiàn)臭氧高值點大都分布在溫度24～36 ℃與相對濕度40%～60%區(qū)間內(nèi)。結(jié)合溫度與相對濕度兩者之間的關(guān)系（見圖9）來看，當(dāng)溫度升高，相對濕度呈現(xiàn)先上升后降的趨勢，當(dāng)溫度在20～30 ℃時，相對濕度可高達(dá)80%左右，這也印證了前面提到的當(dāng)溫度在0～30 ℃之間逐漸上升時，臭氧濃度卻呈現(xiàn)下降的趨勢，這是因為受到高濕條件的影響。

圖8 溫度與相對濕度對O3濃度的綜合影響

圖9 溫度與相對濕度的相關(guān)關(guān)系

2.3.3 臭氧與風(fēng)速風(fēng)向的相關(guān)性分析

進(jìn)一步統(tǒng)計分析不同風(fēng)速、風(fēng)向區(qū)間下臭氧濃度的分布情況，隨著風(fēng)速區(qū)間的增大，臭氧濃度也逐漸升高，當(dāng)風(fēng)速區(qū)間為6-8 m/s時，臭氧濃度最高，為89 μg/m3（見圖10）；當(dāng)風(fēng)向在東北-東-東南方向時，臭氧濃度較高，其中東風(fēng)方向最高，為108 μg/m3（見圖11）。

圖10 不同風(fēng)速區(qū)間下臭氧濃度特征圖

圖11 不同風(fēng)向上臭氧濃度特征

石獅市2018～2020年臭氧超標(biāo)日下污染玫瑰圖（見圖12），從圖中可以看出，臭氧超標(biāo)日情況下主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，西風(fēng)方向出現(xiàn)頻率最低。臭氧小時值的高值區(qū)域大都分布在南風(fēng)方向，其次是東南-東方向，這也與石獅市常年主導(dǎo)風(fēng)向吻合。另一方面，臭氧超標(biāo)日下小時風(fēng)速基本分布在0-10 m/s區(qū)間內(nèi)，少數(shù)分布在10-15 m/s，極少數(shù)甚至超過15 m/s。

圖12 臭氧超標(biāo)日下的風(fēng)向玫瑰圖

3 結(jié)論

本文針對石獅市2018～2020年臭氧污染特征及氣象要素的影響進(jìn)行統(tǒng)計分析，主要得出以下結(jié)果：

（1）石獅市2018年臭氧日最大8小時濃度（90百分位數(shù)）及超標(biāo)天數(shù)均最高，其次是2019年，2020年最低。其中4月與10月臭氧污染最嚴(yán)重；

（2）石獅市臭氧濃度峰值出現(xiàn)在14點，與二氧化氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；

（3）臭氧高值點大都分布在溫度24～36 ℃與相對濕度40%～60%區(qū)間；

（4）相對濕度對臭氧的影響比溫度更顯著，當(dāng)相對濕度在30%～40%之間時，臭氧濃度最高；當(dāng)風(fēng)速在6-8 m/s及東風(fēng)方向時，臭氧濃度最高。