沈陽(yáng)市臭氧污染特征及影響因素研究

陳 震，劉 暢

（1.北京中科三清環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100029；2.遼寧省生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

臭氧是地球大氣中的一種微量氣體，目前，90%以上的臭氧分布在大氣層的上部或者平流層，是地球生物系統(tǒng)的保護(hù)傘，而剩余不到10%的臭氧存在于近地面，是地球上典型的二次污染物[1]。相關(guān)研究表明，近地面臭氧污染物的產(chǎn)生主要是由于VOCs、NOx等物質(zhì)在紫外線照射條件下發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)所生成，而這一化學(xué)反應(yīng)的過程容易受溫度、濕度、風(fēng)力等氣象因素的影響[2]。就人類的生產(chǎn)生活而言，高濃度臭氧引起的臭氧污染不僅會(huì)影響土壤的屬性和農(nóng)作物的生長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)直接影響人類的身體健康[3]。2020年中國(guó)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量公報(bào)披露，臭氧是僅次于PM2.5的影響空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)的重要因素[4]。2021年11月國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》[5]中明確提出了“著力打好臭氧污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”的任務(wù)，并明確“到2025年，臭氧濃度增長(zhǎng)趨勢(shì)得到有效遏制，實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物和臭氧協(xié)同控制”。

相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，臭氧污染是沈陽(yáng)市面臨的重要環(huán)境污染問題之一，也是需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、防控、干預(yù)的污染問題。并且，與其他類型的環(huán)境污染相比，臭氧污染具有明顯的周期性，相關(guān)部門可以通過相應(yīng)的監(jiān)控和跟蹤措施掌握本市臭氧污染的發(fā)生周期、規(guī)律，以提高臭氧污染防范的精準(zhǔn)性，確保本地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的安全性和穩(wěn)定性。基于此，本文嘗試通過對(duì)沈陽(yáng)市2021年臭氧污染發(fā)生特征和影響因素的分析來(lái)掌握臭氧污染的發(fā)生、發(fā)展?fàn)顩r，為科學(xué)干預(yù)臭氧污染提供支持。

1 資料與方法

1.1 資料

研究時(shí)段為2021年4～11月。研究數(shù)據(jù)來(lái)自沈陽(yáng)市國(guó)控站點(diǎn)城市臭氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的臭氧濃度數(shù)據(jù)（日均臭氧8 h濃度）以及同期的包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力、降水在內(nèi)的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）[6]和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 663-2013）[7]中明確的標(biāo)準(zhǔn)，按照表1所示進(jìn)行臭氧污染程度劃分。

表1 臭氧污染程度劃分 單位：μg/m3

2 臭氧污染的特征

對(duì)沈陽(yáng)市臭氧污染特征的分析可以從污染程度、污染發(fā)生的季節(jié)性周期兩方面入手。

2.1 臭氧污染程度

參照表1所示標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)2021年4～11月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終計(jì)算出2021年沈陽(yáng)市共有12天出現(xiàn)臭氧污染，占全年天數(shù)的3.29%，具體情況見表2。在臭氧污染程度方面，全部為輕度污染。

表2 沈陽(yáng)市2021年4～11月臭氧污染情況

2.2 臭氧污染發(fā)生的季節(jié)

通過表2數(shù)據(jù)可以看出，2021年4～11月，沈陽(yáng)市發(fā)生臭氧污染的季節(jié)主要在春季（4～5月）和夏季（6～8月）。

3 臭氧污染的影響因素分析

表3是2021年出現(xiàn)臭氧污染時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力、降雨量等氣象條件狀況。以下結(jié)合該表對(duì)臭氧污染的發(fā)生與氣象條件的關(guān)系進(jìn)行分析。

3.1 臭氧污染發(fā)生時(shí)的氣溫條件分析

通過表3的溫度條件數(shù)值可以看出，在全年發(fā)生的12天臭氧污染日中，溫度范圍為18.3～29.4 ℃。其中，只有1天的溫度在20 ℃以下，這說(shuō)明溫度在20 ℃以上時(shí)，臭氧污染發(fā)生的可能性比較大。

3.2 臭氧污染發(fā)生時(shí)的濕度條件分析

通過表3的濕度條件數(shù)值可以看出，在全年發(fā)生的12天臭氧污染日中，濕度范圍為38.3%～80.8%。其中濕度在30%（含）～40%（不含）的有1天，占污染天數(shù)的8.33%；濕度在40%（含）～50%（不含）的有2天，占污染天數(shù)的16.67%；濕度在50%（含）～60%（不含）的有3天，占污染天數(shù)的25.00%；濕度在60%（含）～70%（不含）的有4天，占污染天數(shù)的33.33%；濕度在70%（含）～80%（不含）的有2天，占污染天數(shù)的16.67%。

3.3 臭氧污染發(fā)生時(shí)的風(fēng)力條件分析

通過表3的風(fēng)力數(shù)值可以看出，在全年發(fā)生的12天臭氧污染日中，風(fēng)力范圍為1.2～4.1 m/s，其中風(fēng)力在1.2～3.0 m/s（不含3.0 m/s）的有7天；風(fēng)力在3.0～4.1 m/s（含3.0 m/s）的有5天，這說(shuō)明發(fā)生臭氧污染日的風(fēng)力整體偏小。

3.4 臭氧污染發(fā)生時(shí)的降雨量條件分析

通過表3的降雨量數(shù)值可以看出，在全年發(fā)生的12天臭氧污染日中，僅有8月7日出現(xiàn)了0.1 mm/h的降水，其他日期均無(wú)降水，這組數(shù)據(jù)說(shuō)明在2021年中，降雨量與臭氧污染之間并沒有明顯的關(guān)系。

表3 沈陽(yáng)市2021年出現(xiàn)臭氧污染日的氣象條件狀況

4 討論

臭氧污染是近年來(lái)沈陽(yáng)市除PM2.5污染外，面臨的另外一個(gè)重要的污染治理挑戰(zhàn)。與PM2.5污染相比，臭氧污染更具有隱蔽性[8]。相關(guān)研究表明，短暫暴露在高濃度臭氧中，會(huì)引起咳嗽、喉部干燥、胸痛、粘膜分泌增加、疲乏、惡心等癥狀，長(zhǎng)時(shí)間接觸則會(huì)明顯損傷肺功能，影響呼吸道結(jié)構(gòu)，引起炎癥，改變透氣率，甚至導(dǎo)致死亡[9-10]。因此，治理臭氧污染是沈陽(yáng)市改善環(huán)境狀況的重要目標(biāo)。

對(duì)沈陽(yáng)市臭氧污染情況的分析更多地要立足于本市的自然地理狀況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。一方面，沈陽(yáng)市地處東北地區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，在氣候方面表現(xiàn)出春季日照足、風(fēng)力強(qiáng)盛、相對(duì)濕度低，降水少且蒸發(fā)量大；夏季炎熱且多陰雨，空氣濕潤(rùn)；秋季短暫且降溫快；冬季寒冷且長(zhǎng)的特點(diǎn)。這種氣候特點(diǎn)使得春末、夏季和秋初普遍會(huì)出現(xiàn)高溫、風(fēng)力小的情況，造成臭氧濃度難以有效降低。另一方面，沈陽(yáng)市近年來(lái)的汽車保有量不斷增加，以及涉揮發(fā)性有機(jī)物的企業(yè)和餐飲油煙排放量的增多，使得部分地區(qū)成為臭氧污染的重點(diǎn)地區(qū)。例如，經(jīng)開區(qū)、于洪區(qū)、沈北新區(qū)、新民市等幾個(gè)地區(qū)是沈陽(yáng)市揮發(fā)性有機(jī)物排放企業(yè)較為集中的地區(qū)，其臭氧污染程度也較高。

本文通過對(duì)2021年4～11月沈陽(yáng)市國(guó)控站點(diǎn)城市臭氧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，春季和夏季是本地區(qū)臭氧污染發(fā)生較多的季節(jié)，并且2021年的臭氧污染均為輕度污染，日最大8 h平均值在161～215 μg/m3。進(jìn)一步對(duì)發(fā)生臭氧污染日期內(nèi)的氣象條件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，溫度在20 ℃以上，濕度在50%以上，風(fēng)力在4.1 m/s以下是本年度臭氧污染發(fā)生的相似氣象條件，這也提示要注意高溫、低風(fēng)速是沈陽(yáng)市臭氧污染的重要?dú)庀髼l件特征。

結(jié)合上述對(duì)沈陽(yáng)市臭氧污染特征及影響因素的研究，可以明確沈陽(yáng)市臭氧污染防治的重點(diǎn)時(shí)段是春末、夏季和秋初。在防治措施方面，考慮到臭氧污染屬于“二次污染”，是在高溫等條件下，氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物累加到高濃度時(shí)，經(jīng)過足夠的光照和溫度作用產(chǎn)生的污染，所以要將防治氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物作為重點(diǎn)，通過在市域內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域建立揮發(fā)性有機(jī)物網(wǎng)格化預(yù)警管理平臺(tái)，為污染溯源和精準(zhǔn)治理提供技術(shù)支持[11-12]。例如，可以在各區(qū)現(xiàn)有空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布局，在經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的化工園區(qū)、工業(yè)園區(qū)等安裝揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測(cè)儀，對(duì)經(jīng)開區(qū)、于洪區(qū)、沈北新區(qū)、新民市等重點(diǎn)地區(qū)涉及揮發(fā)性有機(jī)物排放的企業(yè)，以及全市范圍內(nèi)面積在5 000 m2以上的餐飲油煙排放點(diǎn)位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)管控，確保臭氧污染監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)化，及臭氧污染數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)性和可靠性[13]。

同時(shí)，以本文研究得出的高溫、低風(fēng)速是沈陽(yáng)市臭氧污染現(xiàn)象發(fā)生的共同氣象條件特征為依據(jù)，相關(guān)部門和人員要在春末、夏季和秋初的時(shí)間段內(nèi)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)速等氣象狀況和趨勢(shì)，明確區(qū)域內(nèi)整體污染特征，提前預(yù)測(cè)臭氧生成狀況，并結(jié)合網(wǎng)格化的預(yù)警平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)施調(diào)度臭氧污染防治重點(diǎn)任務(wù)，確保臭氧污染治理的時(shí)間精準(zhǔn)、區(qū)域精準(zhǔn)和措施精準(zhǔn)[14]。再者，要結(jié)合歷年臭氧污染發(fā)生的區(qū)域和點(diǎn)位，運(yùn)用走航車、紅外熱成像儀、便攜式檢測(cè)儀等技術(shù)方法，快速精準(zhǔn)地鎖定臭氧污染源，對(duì)一些違法現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)取證，確保臭氧污染源頭治理的精準(zhǔn)性[15]。

綜上，結(jié)合對(duì)2021年沈陽(yáng)市臭氧污染的特征及影響因素的分析，相關(guān)部門和人員可以通過相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)防控措施來(lái)防范、控制沈陽(yáng)市的臭氧污染狀況，促進(jìn)臭氧污染問題得到有效緩解甚至消除，保證地區(qū)環(huán)境狀況的持續(xù)改善。