大連市典型點位O3 污染原因分析

徐潔

（遼寧省大連生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連 116023）

1 引言

近幾年，國內(nèi)學者對環(huán)境空氣中O3污染分析多以城市或區(qū)域尺度的分析為主，例如潘本鋒等［1］對2013—2014 年京津冀地區(qū)13 個城市的O3污染特征和來源進行了分析，賈海鷹等［2］對2015 年北京及周邊地區(qū)O3濃度特征及區(qū)域來源進行了分析，劉樞等［3］對遼寧省環(huán)渤海地區(qū)O3污染趨勢及時空分布特征進行了分析，但國內(nèi)學者對于單獨的典型點位的精細化分析較少。單獨點位的分析能夠避免區(qū)域分析的平均效應，更為細致和準確地分析環(huán)境空氣中O3濃度與污染源和氣象因素的關系。星海三站點位是大連市10 個國控大氣自動監(jiān)測點位之一，臨近海邊和交通干道，O3污染較重，具有典型的O3污染特征。因此，本研究選取星海三站點位為典型點位，分析其2017 年O3污染的現(xiàn)狀及成因，為其他點位的分析提供借鑒，為大連市的O3污染防治提供參考和依據(jù)。

星海三站點位（121°33′50″E，38°53′06″N）位于大連市主城區(qū)，南臨海岸線，距海岸線僅0.7 km，周邊臨近居民區(qū)、醫(yī)院、小學、公園。點位西側100 m 左右為一條東南—西北走向的街道，點位南側500 m左右為交通干線中山路，車流量較大，在早、晚交通高峰期擁堵時間較長。

2 O3 污染現(xiàn)狀

2017 年星海三站點位O3超標月份主要集中在4—7 月。2017 年4—7 月星海三站O3百分位濃度分別為170，206，254，184 μg/m3，在大連市10 個國控點位中按濃度從高到低排名分別為第2、第3、第2、第1 位。與其他點位相比，星海三站點位O3污染程度較重。下面以2017 年5 月觀測的數(shù)據(jù)為例，分析星海三站點位O3污染原因。

3 O3 污染原因分析

3.1 O3 日生成量分析

污染物的日變化曲線能夠展示出污染物在一天中的生消變化和特征，圖1 為2017 年5 月大連市10 個國控點位O3日變化曲線。由圖1 可以看出，星海三站點位O3濃度從01：00 時至24：00 時均高于其他點位，峰值濃度尤為顯著。

圖1 2017 年5 月大連市10 個國控點位O3 日變化曲線

假設大連市區(qū)10 個國控點位O3受到外來源傳輸影響程度相同，那么O3日變化的最大值減去最小值就可被認定為O3的日生成量。圖2 為2017 年5月大連市10 個國控點位O3日生成量，由圖2 可以看出，星海三站的O3日生成量在大連市10 個國控點位中排第2 位，說明星海三站點位的O3本地光化學反應生成的量較其他點位多，本地光化學反應生成是星海三站點位O3濃度較高的原因之一。

圖2 2017 年5 月大連市10 個國控點位O3 日生成量

3.2 VOCs 環(huán)境濃度分析

2017 年5 月，星海三站在線VOCs 監(jiān)測系統(tǒng)共檢測出54 種VOC，TVOCs 平均濃度為12.48 ppb。濃度占前10 位的物種分別為丙烷、環(huán)戊烷、乙烷、乙烯、正丁烷、甲苯、苯、異丁烷、異戊烷和3－甲基戊烷，這10 種物質濃度之和占到TVOCs 濃度的79%。

苯是機動車尾氣中VOCs 的典型物種，而甲苯除機動車外還受多種污染源的影響，因此利用甲苯和苯的比值（T/B）可以初步確定VOCs 中苯系物的來源。研究表明，T/B 比值小于2.0 時主要表征機動車來源［4］，而受溶劑揮發(fā)等其他VOCs 排放源影響時，T/B 比值則相對較大［5］。2017 年5 月星海三站T/B 的比值為1.59，說明星海三站苯和甲苯的來源為機動車排放。

物種的日變化在一定程度上可以用于判斷該物種的排放來源，圖3 為星海三站點位濃度前10 位VOC 的日變化曲線。從這10 種物質的日變化曲線可以看出，丙烷日變化呈早晚雙峰，早晚高峰出現(xiàn)在08：00 時和21：00 時，乙烯白天濃度高于夜間，異戊烷日變化呈單峰，苯和甲苯日變化趨勢接近一致，說明苯和甲苯均來自機動車排放，環(huán)戊烷、乙烷、正丁烷和異丁烷全天比較穩(wěn)定，無明顯日變化，說明這些物種性質比較穩(wěn)定。

圖3 2017 年5 月星海三站點位濃度前10 位VOC 的日變化曲線

3.3 O3 生成控制敏感性分析

采用VOCs 與NOX的比值來判斷O3生成受VOCs 控制還是NOX控制，是一種定性分析大氣O3質量濃度與VOCs 和NOX關系的方法［6-7］，可以定性分析大氣中O3濃度與NOX和VOCs 的關系。在城市典型大氣條件下，當VOCs/NOX小于5.5 時，NO2與·OH 的反應就比VOCs 與·OH 的反應快，O3生成對VOCs 濃度比較敏感，NO2與·OH 反應從VOCs 氧化循環(huán)中去除了OH 自由基，從而抑制了O3的生成，因此減少NOX將有利于O3的生成。2017 年5 月，星海三站點位NOX平均濃度為28.37 ppb，VOCs/NOX為0.44，遠小于5.5，因此星海三站點位O3生成對VOCs 濃度敏感，且減少NOX將有利于O3的生成。

3.4 區(qū)域傳輸分析

通過統(tǒng)計2017 年5 月星海三站點位小時風向風速與O3濃度的關系，可以得到不同風向下的O3濃度和風速，來反映區(qū)域傳輸狀況。由表1 可以看出，在西南風（SW）的時候，星海三站點位O3濃度最高，達到185 μg/m3，其次為西南偏南風（SSW），O3濃度為149 μg/m3，這兩個風向下風速分別為3.8 m/s 和3.2 m/s，均處于一個較高的水平，說明星海三站點位O3污染受到西南方向的京津冀南部及西南偏南方向的山東中西部污染輸送影響較大，且這種區(qū)域污染輸送需要在一定的風速基礎上才能夠實現(xiàn)。同時可以看出，在東風（E）和東北風（NE）時，星海三站點位O3濃度較低，風速也較低，說明來自東北方向的氣流較為干凈，對星海三站點位的O3濃度起到稀釋的作用；在北風（N）時，星海三站點位的O3濃度也較低，且風速較大，說明一般北風帶來了冷空氣和降溫，一方面不利于O3的生成，另一方面水平擴散條件較好，有利于O3的水平擴散。

表1 2017 年5 月星海三站點位不同風向下O3 濃度和風速統(tǒng)計

4 結論

通過對星海三站點位污染現(xiàn)狀、O3日生成量、前體物VOCs 環(huán)境濃度、風向風速的分析，從本地生成和區(qū)域傳輸兩方面分析了該點位O3污染原因，結論如下：

（1）星海三站點位O3日生成量在大連市10 個國控點位中位列第2 位，說明本地光化學反應生成是星海三站點位O3濃度在10 個國控點位中處于較高水平的原因之一。

（2）VOCs 在線觀測結果顯示，星海三站點位甲苯和苯的濃度較高，日變化趨勢接近一致，且其比值小于2.0，說明星海三站點位O3主要受持續(xù)性機動車尾氣排放影響。

（3）星海三站點位的VOCs/NOX比值為0.44，遠小于5.5，說明星海三站點位O3生成對VOCs 濃度敏感，且減少NOx 將有利于O3的生成。

（4）在西南風（SW）和西南偏南風（SSW）下，星海三站點位O3濃度均較高，且風速較高，說明星海三站點位O3污染受到西南方向的京津冀南部及西南偏南方向的山東中西部污染輸送影響較大，且這種區(qū)域污染輸送需要在一定的風速基礎上才能夠實現(xiàn)。