福建省臭氧濃度分布特征及驅(qū)動因素研究

＊廖考珍

（福建省環(huán)境保護設(shè)計院有限公司 福建 350000）

臭氧（O3）是一種重要的全球性污染物和溫室氣體。近年來以臭氧為特征的大氣光化學(xué)污染已然成為我國城市突出的大氣污染環(huán)境問題[1]。臭氧具有強氧化性，不僅嚴(yán)重危害人體健康、植物生長，也是形成光化學(xué)煙霧的主要因素[2]。目前國內(nèi)外大量流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，臭氧暴露會導(dǎo)致心血管和呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率、住院率和死亡率的增加[3]。此外，臭氧還會對整個大氣化學(xué)過程、氣候變化和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響[4-5]。

目前我國圍繞臭氧污染形成原因、時空分布及影響因素等方面已開展大量的研究，主要集中在京津冀[6]、長三角[7]和珠三角[8]等地區(qū)，福建省內(nèi)的臭氧污染研究也主要集中在福州市及泉州等地市[9-12]，從福建省大區(qū)域、長時間尺度上進行臭氧污染的研究仍比較匱乏，趙麗霞[10]通過分析2016年福建省臭氧濃度觀測數(shù)據(jù)，得出臭氧濃度受前體物和風(fēng)速、氣溫、相對濕度等氣象因素共同影響；王宏等[11]主要利用2009—2010年福州市臭氧觀測資料，得出臭氧濃度與平均風(fēng)速、溫度、日照、太陽輻射顯著相關(guān)，與云量、相對濕度、降水量顯著負(fù)相關(guān)。這些研究主要側(cè)重探討臭氧濃度變化與氣象因素之間的關(guān)系，但環(huán)境污染問題往往與社會經(jīng)濟發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，目前福建省乃至全國鮮有研究對臭氧污染背后潛在的社會經(jīng)濟因素展開討論。

鑒于此，本研究從大區(qū)域、長時間尺度上分析整個福建省O3濃度分布特征，探索福建省臭氧濃度與驅(qū)動因素的關(guān)聯(lián)，識別出關(guān)鍵驅(qū)動因素，以期能為福建省臭氧污染管控工作提供借鑒。

1.研究基礎(chǔ)與方法

(1)研究路線

本文以福建省9個地市為研究對象，通過對9個地級市2017—2021年O3濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，分析福建省近5年O3濃度分布特征及變化趨勢，分析影響O3排放的驅(qū)動因素，以期為福建省臭氧污染管控工作提供借鑒。

圖1 本文研究路線圖

(2)研究區(qū)域劃分

從空間維度出發(fā)，選取福建省9個地市作為本次研究對象，將研究地域劃分為沿海地區(qū)（莆田、泉州、漳州、福州、廈門、寧德）和內(nèi)陸地區(qū)（包括南平、三明、龍巖）。

(3)數(shù)據(jù)來源

臭氧濃度數(shù)據(jù)來源于空氣質(zhì)量指數(shù)查詢平臺發(fā)布的福建省2017年1月1日—2021年12月31日O38小時平均濃度。驅(qū)動因素選取年末常住人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值、全社會機動車擁有量、能源消費量、單位產(chǎn)值工業(yè)廢氣排放量、人口密度、廢氣治理設(shè)施設(shè)備運行費用等8個方面，數(shù)據(jù)來源于《福建省統(tǒng)計年鑒》。

(4)數(shù)據(jù)處理方法

從空間、時間兩個維度進行數(shù)據(jù)處理。本研究主要使用Excel、SPSS、Arcgis軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行初步整理運算，繪制近5年O3濃度時空分布圖，分析分布特征及變化趨勢。同時，利用SPSS計算O3年均濃度與各驅(qū)動因素的相關(guān)系數(shù)，識別出顯著相關(guān)的驅(qū)動因素。

2.福建省O3濃度分布特征

(1)時間分布

由2017—2021年福建省O3年均濃度時間分布圖（圖2）可知，福建省9個地級市2017—2021年連續(xù)5年O3年際變化規(guī)律分布總體呈現(xiàn)波動趨勢，先平穩(wěn)再降低而后又趨于平穩(wěn)的變化特征，但總體濃度變化幅度較小。其中，2017年—2018年福建省O3年均濃度基本趨于平穩(wěn)，2018年相比2017年變化幅度在-0.8%～9.5%之間，濃度變幅最大為廈門，變幅最小為莆田；2017年—2019年O3年均濃度除廈門、龍巖為上升趨勢外，其余地區(qū)均呈現(xiàn)出下降趨勢，下降變化幅度在-12.50%～-4.40%之間，下降變幅最大為寧德（-12.5%），反之，上升變幅（11.30%）最大為廈門；2019年—2021年福建省9個地級市O3年均濃度除福州（變幅-11.0%）為明顯下降趨勢外，其他地區(qū)均趨于平穩(wěn)特征，總體濃度變幅不大，變化幅度在-2.3%～7.6%之間。從總體來看，呈現(xiàn)出2017年≈2018年＞2019年≈2020年≈2021年變化趨勢。

圖2 2017—2021年福建省O3年均濃度時間分布圖

從長時間尺度上看，與2018年相比，2019年開始福建省大部分地區(qū)O3濃度呈現(xiàn)明顯下降趨勢，這主要與福建省政府2018年出臺的《福建省臭氧污染防控指南（試行）》密切相關(guān)，全省各地開展靶向性的臭氧污染應(yīng)對措施，包括強化源頭減排VOCs與NOx前體物、大力推廣使用新能源汽車等，表明《福建省臭氧污染防控指南（試行）》具有指導(dǎo)性，各地開展的臭氧污染防控成效顯著，同時2019—2021年近3年下降趨勢并不明顯，表明現(xiàn)階段亟需新一輪制定全省各地靶向性的臭氧污染應(yīng)對措施，便于各地精準(zhǔn)地、持續(xù)地開展臭氧污染防控工作，進一步降低全省O3濃度。

(2)空間分布

由福建省2017—2021年O3年均空間分布（圖3）可知，2017—2021年福建省9個地級市O3年均濃度在空間分布上具有明顯區(qū)域性，總體表現(xiàn)為沿海地區(qū)污染較重，內(nèi)陸地區(qū)污染較輕，其中沿海地區(qū)與內(nèi)陸地區(qū)又各有差異，沿海地區(qū)呈現(xiàn)出莆田＞泉州≈漳州＞福州＞寧德≈廈門的趨勢，而內(nèi)陸地區(qū)呈現(xiàn)出南平＞龍巖＞三明的趨勢，整體表現(xiàn)為莆田＞泉州≈漳州＞福州＞寧德≈廈門＞南平＞龍巖＞三明分布特征。

圖3 2017—2021年福建省O3年均濃度空間分布圖

從福建省大區(qū)域空間尺度上看，全省O3濃度分布出現(xiàn)明顯區(qū)域聚集性且呈現(xiàn)連片化特征，主要原因在于沿海城市的不斷擴張導(dǎo)致城鄉(xiāng)隔離帶已基本消失，城區(qū)連綿成片，城市集群效應(yīng)也就越發(fā)明顯；O3濃度高值主要聚集在由北至南分布的6座沿海城市，其中莆田、漳州、泉州O3濃度相對較高，主要原因在于全省約75%的人口（4187萬人，2021年底）和經(jīng)濟（GDP為4.88萬億元，2021年底）均聚集在沿海岸線這塊狹窄的面積上，沿海地區(qū)單位面積的大氣污染物排放強度大，可見莆田、泉州、漳州、福州、廈門、寧德等6座沿海城市的臭氧污染聯(lián)防聯(lián)控工作是整個福建省臭氧污染防控工作的重中之重。

3.福建省O3驅(qū)動因素分析

根據(jù)國內(nèi)學(xué)者研究成果，影響O3排放的驅(qū)動因素包括經(jīng)濟增長、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模、汽車保有量、能源消費結(jié)構(gòu)、能源消費強度、廢氣治理水平等。本文選取年末常住人口x1（萬）、國內(nèi)生產(chǎn)總值x2（億元）、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（元）x3、全社會機動車擁有量x4（輛）、能源消費量x5（萬t標(biāo)準(zhǔn)煤）、單位產(chǎn)值工業(yè)廢氣排放量x6（億m3）、人口密度x7（人/km2）、廢氣治理設(shè)施設(shè)備運行費用x8（億元）等8種驅(qū)動因素，利用SPSS軟件計算O3濃度全年與x1～x8的相關(guān)系數(shù)，其分析結(jié)果見表1、圖4。

圖4 福建省O3年均濃度與驅(qū)動因素相關(guān)性

表1 O3濃度與驅(qū)動因素相關(guān)性分析

從驅(qū)動因素相關(guān)性分析上看，年末常住人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值、全社會機動車擁有量與O3年均值相關(guān)系數(shù)基本在0.7以上，呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性，表明O3濃度隨著人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、機動車擁有量增加而增大。由于城市人口的增長，會間接促使全社會汽車擁有量增加，從而使汽車尾氣和工業(yè)排放量增加，導(dǎo)致O3濃度升高。福建省各地中廈門的O3濃度年均值與年末常住人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、全社會機動車擁有量及人口密度相關(guān)性最為顯著，由于廈門主要以第二、三產(chǎn)業(yè)為主，通過發(fā)展旅游服務(wù)業(yè)推動城市經(jīng)濟發(fā)展帶動地區(qū)生產(chǎn)總值，年末常住人口及人口密度大將會導(dǎo)致社會機動車擁有量的增加導(dǎo)致汽車尾氣排放量大，從而使大氣中O3濃度較高。

綜上所述，人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、機動車擁有量是影響福建省O3濃度分布的主要因素，全省各地市可根據(jù)自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展，精準(zhǔn)施測，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，確保區(qū)域O3濃度穩(wěn)定達標(biāo)。

4.治理政策建議

基于上述研究結(jié)論，針對我省臭氧分布特征及社會發(fā)展特點，提出以下臭氧污染治理政策的建議：

(1)制定新一輪靶向性臭氧污染應(yīng)對措施

減排仍是硬道理，必須常抓不懈?，F(xiàn)階段亟須制定新一輪全省各地靶向性的臭氧污染應(yīng)對措施，包括強化源頭減排VOCs與NOx前體物、大力推廣新能源汽車等，便于全省各地精準(zhǔn)地開展臭氧污染防控工作，促使區(qū)域O3濃度持續(xù)降低。

(2)建立臭氧聯(lián)防聯(lián)控治理體系

福建省O3污染防控工作重點聚集沿海6座城市。結(jié)合福建沿海氣象條件，若僅從單個城市去治理，很難從根本上解決問題，須運用大氣污染“聯(lián)防聯(lián)控”的治理理念，促進形成區(qū)域臭氧聯(lián)防聯(lián)控治理體系，實現(xiàn)治理信息的共享機制、聯(lián)合督查、聯(lián)合管理才可保障福建省臭氧治理工作成效。

(3)堅定不移走綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展之路

在全省層面上，應(yīng)合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型；在企業(yè)層面上，可通過新能源補貼、征收環(huán)保稅等方式促進重污染企業(yè)向清潔生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)型，推動綠色發(fā)展。

5.結(jié)論

（1）時間分布上，2017—2021年福建省O3年均值先平穩(wěn)再降低而后又趨于平穩(wěn)的變化特征，其中2019年下降幅度最大。

（2）空間上具有明顯區(qū)域性、聚集性的分布特征，沿海地區(qū)O3濃度高于內(nèi)陸地區(qū)，其中莆田、泉州、漳州的O3濃度相對較高。

（3）相關(guān)性分析表明人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、機動車擁有量是影響福建省O3濃度值的主要因素。

（4）對福建省臭氧治理政策提出建議：①制定新一輪靶向性制定臭氧污染應(yīng)對措施；②建立臭氧聯(lián)防聯(lián)控治理體系；③持續(xù)走綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展之路。