西南地區(qū)中小城鎮(zhèn)臭氧污染特征與前體物及氣象因子關系的研究
——以昌寧縣為例

楊 惟

（保山市生態(tài)環(huán)境局昌寧分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 保山 678100）

“十三五”期間污染防治攻堅戰(zhàn)如期完成任務，“十四五”將繼續(xù)加強污染防治和生態(tài)建設，O3成為“十四五”時期大氣污染治理重點，并提出細顆粒物和臭氧的協(xié)同控制[1]。近年來，O3污染在全國不斷加劇，成為僅次于PM2.5影響優(yōu)良天數(shù)的重要因素，由其是京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原、蘇皖魯豫交界地區(qū)等區(qū)域是我國O3較重的地區(qū)，分析O3污染形成機制、污染特征和來源、影響因素及監(jiān)測預報等，成為各大城市研究的重點。國內(nèi)外相關專家學者對人口密集，空氣污染較為嚴重的典型城市研究較多，對中小城市O3污染的研究少，然而我國城市O3的形成機理及污染影響因素由于氣候、地表植被類型、城市發(fā)展規(guī)模及南北地域差異不盡相同[2]。

昌寧縣是云貴高原西南邊陲的中小城市，地處北回歸線以北，瀾滄江上游，滇西橫斷山系南延，氣候類型屬亞熱帶季風高原山氣候，因海拔高差較大，立體氣候明顯，干濕季節(jié)分明，昌寧縣城位于田園鎮(zhèn)，處于縣域中部的一個壩區(qū)，壩區(qū)海拔1 650 mm，瀾滄江流域支流右甸河在壩區(qū)中央由北向南流過，縣城城區(qū)位于右甸河兩側的平壩和坡地上。昌寧城市景觀風貌以山水田城相互呼應、城鎮(zhèn)村落自然融合、文化自然和諧共生、田園與城市相互交融的特點。建成區(qū)面積9.3 km2，田園鎮(zhèn)人口61 474人。相較于大城市而言，昌寧縣擁有獨特山地地形和典型中低緯度高原盆地城市分布特征，且大氣環(huán)境較為清潔，為保護這一良好的生態(tài)環(huán)境背景。本文通過分析昌寧縣O3濃度與前體物及常規(guī)氣象因子（氣溫、相對濕度、風速）的相關性，為生態(tài)環(huán)境管理部門提供開展環(huán)境空氣質量治理工作提供一定的借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)來源

本研究污染數(shù)據(jù)及同期的氣象數(shù)據(jù)使用縣城內(nèi)省控點空氣自動站2018—2020年監(jiān)測數(shù)據(jù)，對O3的日評價以O3小時濃度為評價指標，月評價則以日最大8 h滑動平均值為評價指標。

依據(jù)《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）和《環(huán)境 空氣質量（AQI）技術規(guī)定》（試行）（HJ 633-2012），O3最大8 h滑動平均值是指連續(xù)8 hO3平均濃度的算術平均值，也稱8 h滑動平均[3-5]。

2 O3污染特征分析

2.1 昌寧縣空氣質量O3污染概況

昌寧縣總體空氣質量良好，在2018—2020年O3為首要污染物有226 d，O3和PM10為首要污染物1 d，首要污染物為PM10有18 d，首要污染物為PM2.5有16 d。由此可以看出O3污染與顆粒物污染相比較，O3污染比較突出。

2.2 O3濃度日變化特征

根據(jù)2018—2020年不同時刻的O3小時數(shù)據(jù)平均濃度值變化分析（圖1），O3呈明顯單峰型分布，O3最高值出現(xiàn)在15:00—17:00，最低值則出現(xiàn)在每天8:00左右，與宋雪燕等[4]分析云南省臭氧污染特征相似。

圖1 O3濃度日變化特征

2.3 O3濃度月變化特征

根據(jù)圖2各月O3日平均濃度值數(shù)據(jù)變化分析。近3年，昌寧縣O3濃度分布曲線呈單峰型，3—4月最大，7月最小。若以春季為 3—5月，夏季為6—8月，秋季為 9—11月，冬季為12月至—次年2月為季節(jié)劃分，昌寧縣O3濃度在春季最高，冬季有升高趨勢，與我國大部分地區(qū)夏秋季O3濃度高不同[5]。因昌寧縣降雨一般集中在5—10月[6]，且雨量充沛，夏季光輻射強度雖然較強，但由于降雨的濕清除作用，有利于污染物清除，故O3濃度較低。

圖2 O3濃度月變化特征

2.4 O3與前體物CO、NO2關系分析

城市中大部分O3來源于NOx、CO和VOCs等前體物在合適的氣象條件下反應生成[7]。HO2-和RO2-氧化NO產(chǎn)生NO2，NO2通過光化學反應生成O3，NO2作為O3的前體物，其濃度大小與O3濃度關系密切[8]。根據(jù)圖3表現(xiàn)出前體物（NO2、CO）與O3出現(xiàn)相反的變化規(guī)律，及在前體物（NO2、CO）峰值出現(xiàn)后約5 h出現(xiàn)O3濃度峰值，可以說明前體物光化學反生成O3。圖4可以看出，冬季由于太陽直射南回歸線，光輻射強度較弱，O3前體物以積累作用為主，進入春季太陽直射點北移，光輻射強度增大，加之前體物充足，因此，3～4月易出現(xiàn)O3濃度峰值[9]；雨季前體物濃度較低，7月出現(xiàn)低俗。

圖3 O3濃度與前體物日變化特征

圖4 O3濃度與前體物月變化特征

3 O3濃度變化與氣象因子關系分析

3.1 O3濃度與氣溫的關系

由圖5可見，兩者變化的相呈正關性，日變化曲線中O3濃度與氣溫呈正相關性。

圖5 O3濃度與氣溫日變化特征

3.2 O3濃度與風速的關系

由圖6可見，日變化曲線中O3濃度與風速大致呈正相關。昌寧縣年平均風速約為2 m/s，微風有利于污染物的輸送，前體物累積效應會造成O3濃度的增大。

圖6 O3濃度與風速日變化特征

3.3 O3濃度與相對濕度的關系

由圖7、圖8可見，O3濃度與相對濕度大致呈負相關，當相對濕度>80%時，光化學反應隨相對濕度增大而減小，相對濕度在55%～72%之間時，有利于O3生成。相對濕度對O3的作用主要分兩種，一種是通過濕沉降作用直接引起污染物減少、濃度降低，另一種是通過影響近地面太陽輻射從而間接抑制O3生成[7]。

圖7 O3濃度與濕度日變化特征

圖8 O3濃度與濕度月變化特征

相對濕度偏大與降雨量有一定的相關性外，昌寧縣冬季在降雨量較小的情況下濕度仍然較高，這于昌寧縣冬季大霧的典型的氣候有關。

4 結論

①O3濃度日變化呈單峰形，日最大濃度集中出現(xiàn)在15:00— 17:00；月峰值出現(xiàn)在3～4月（春季）[10]。

②前體物CO和NO2對O3生成具有重要貢獻，在日變化規(guī)律中呈反相關關系，不同季節(jié)O3濃度與前體物CO和NO2濃度光化學反應、干濕沉降等條件有關。

③昌寧縣O3濃度與氣溫、風速呈顯著正相關性；與相對濕度呈現(xiàn)顯著負相關。

④區(qū)域的大氣環(huán)境質量主要受污染物排放量和大氣環(huán)境容量的影響，在排放量變化不大的情況下，氣象條件對空氣質量起主導作用。