西和縣城區(qū)低空大氣臭氧濃度變化及污染防治

楊 帆

（隴南市生態(tài)環(huán)境局西和縣分局 甘肅隴南 742100）

引言

近年來，我國大氣環(huán)境中臭氧污染物濃度總體呈緩慢上升態(tài)勢。其中，2022 年全國339個城市中有92 個城市臭氧超標，占全國城市的27.1%，臭氧濃度平均為145μg/m3，較2021 年上升5.8%。臭氧主要是氮氧化物、一氧化碳和揮發(fā)性有機物等在陽光下發(fā)生光化學反應而生成的，也是大氣中的強氧化劑。臭氧和其它化合物發(fā)生反應時，會生成有毒的空氣污染物。尤其是低空大氣中的臭氧，離地面較近，如果濃度過高，會嚴重危害人類健康、動植物生長和生態(tài)環(huán)境。

西和縣，位于甘肅省東南部，隸屬于隴南市，地處長江流域西漢水上游。氣候濕潤，四季分明，屬暖溫帶半濕潤性氣候，年平均氣溫8.4℃，平均日照1842h，年均降水量為533mm，被譽為“中國半夏之鄉(xiāng)”，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，是北緯34°上的“綠色寶庫”。近年來，西和縣牢固樹立并踐行“兩山”理念，以“美”為宗旨，把環(huán)境保護作為重大整治責任，高位統(tǒng)籌保護與發(fā)展，守護好西和的綠水青山。近年來，隨著西和縣經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車保有量的持續(xù)增長，其區(qū)域低空大氣臭氧含量越來越高。因此，通過對西和縣城區(qū)低空大氣臭氧污染物實時監(jiān)測及監(jiān)測結果分析，有利于人們了解低空大氣臭氧污染現(xiàn)狀、時間分布規(guī)律等，為臭氧污染防治提供重要依據(jù)。

1 西和縣城區(qū)低空大氣臭氧監(jiān)測方案

1.1 監(jiān)測儀器

西和縣城區(qū)環(huán)境空氣自動監(jiān)測站使用北京中晟1208 型臭氧分析儀（紫外分光法），用光度計對零氣周期（參照周期）和樣氣周期（測量周期）中紫外線輻射的強度進行交替的連續(xù)的測量。日常嚴格按照《環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T193-2005）要求規(guī)范操作、校準及維護，對所取數(shù)據(jù)按儀器規(guī)范進行質量控制，剔除無效數(shù)據(jù)。

1.2 監(jiān)測點位

目前西和縣城區(qū)設有一個環(huán)境空氣自動監(jiān)測點，位于西和縣城區(qū)中心西和縣黨校樓頂，距離地面20m，周圍無污染源及高大建筑物，符合《環(huán)境空氣質量監(jiān)測點位布設技術規(guī)范》（HJ664-2013）要求。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

本文研究所使用的臭氧濃度及其他相關污染物濃度數(shù)據(jù)來源于2021 年監(jiān)測結果，數(shù)據(jù)采用原始實況小時值、日均值、月均值和季均值。數(shù)據(jù)有效性按照《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）和《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范》（試行）（HJ663-2013）執(zhí)行。

2 西和縣城區(qū)低空大氣臭氧濃度變化特征

本文選取2021 年西和縣環(huán)境空氣自動監(jiān)測點連續(xù)監(jiān)測大氣臭氧質量濃度數(shù)據(jù)，并對所取得的數(shù)據(jù)按照儀器規(guī)范進行質量控制，剔除了無效數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析西和縣低空大氣臭氧濃度變化特征。

2.1 臭氧濃度時間分布

2.1.1 臭氧濃度小時均值日變化

根據(jù)西和縣2021 年1～12 月臭氧、一氧化碳、氮氧化物及氣象條件統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見表1），2021年，西和縣城區(qū)低空大氣臭氧濃度平均振幅最大為8 月，達106μg/m3；最小為11 月，達34μg/m3。但每月的振幅最高值出現(xiàn)的時間有一定差異，主要集中在每天的11:00～15:00 之間，最高小時濃度值出現(xiàn)在6 月6 日，達到了171μg/m3。每天的0:00～7:00 左右，臭氧濃度值最低小時濃度值在20μg/m3左右。

表1 西和縣2021年1～12月臭氧、一氧化碳、氮氧化物及氣象條件統(tǒng)計

2.1.2 臭氧濃度日均值月變化

由表1 可知，西和縣低空大氣環(huán)境中臭氧濃度值在5～8 月的春末夏季濃度值較高。其中，6 月臭氧濃度最大日均值達165μg/m3，5 月臭氧濃度最小日均值為90μg/m3；10 月、11 月、12 月地面臭氧濃度較低，分別為59μg/m3、56μg/m3、60μg/m3，處于測得的全年臭氧濃度值最低水平。

2.2 臭氧小時平均濃度頻率

2.2.1 總體分布

經(jīng)監(jiān)測，2021 年1～12 月西和縣低空大氣環(huán)境中臭氧小時平均濃度出現(xiàn)頻率整體呈現(xiàn)出類似指數(shù)衰減分布特征，臭氧濃度高值出現(xiàn)頻率相對較少。臭氧日最大8 小時平均濃度大于GB 3095—2012 二級標準（160μg/m3）的為6 月，當月超過二級標準的占3.4%。

2.2.2 月變化

2021 年1～12 月西和縣低空大氣環(huán)境中臭氧小時平均濃度頻率分布情況見表2。2～9 月出現(xiàn)大于GB 3095—2012 一級標準（100μg/m3）的頻率為10.71%～83.9%，其中5 月、6 月明顯多于其他月份，尤其是6 月監(jiān)測臭氧污染濃度超過了GB 3095—2012 二 級 標 準（160μg/m3）。1 月、10 月、11 月、12 月臭氧小時平均濃度全部分布在低于GB 3095—2012 一級標準（100μg/m3）范圍內。

表2 西和縣2021年1～12月臭氧小時平均濃度頻率分布情況（%）

2.2.3 季變化

以季節(jié)劃分來看，西和縣低空大氣環(huán)境中的臭氧污染物春、夏、秋、冬平均濃度為96.67μg/m3、101.67μg/m3、63μg/m3 和75μg/m3。其 中，低空大氣環(huán)境中臭氧污染小時均值達到GB 3095—2012二級標準（160μg/m3）及以上主要發(fā)生在5月、6 月；濃度較高的季節(jié)月份主要為春末及夏季的5月、6月、7月、8月，以及秋初的9月，整個冬季和春初低空大氣環(huán)境中的臭氧污染物濃度較低，低于GB 3095—2012 一級標準（100μg/m3）的范圍。

2.3 同季節(jié)臭氧濃度變化情況

根據(jù)西和縣城區(qū)環(huán)境空氣自動監(jiān)測站監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，同季節(jié)下低空大氣臭氧濃度呈現(xiàn)較明顯的單峰分布，且臭氧濃度一般在1:00～3:00 處于最低值，之后隨著時間的變化，臭氧污染物濃度值迅速增加，15:00～17:00出現(xiàn)最大值。

3 西和縣城區(qū)低空大氣臭氧濃度監(jiān)測結果分析

根據(jù)《環(huán)境空氣治理標準》（GB3095-2012）規(guī)定，臭氧8h 平均濃度值大于100μg/m3為高值日，大于160μg/m3為污染日。根據(jù)監(jiān)測臭氧不同時間數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，對監(jiān)測結果進行研究，發(fā)現(xiàn)2021 年，西和縣城區(qū)低空大氣臭氧濃度平均振幅最大為8 月，最小為11 月；5～8 月的春末夏季低空大氣臭氧濃度值高，其中6 月出現(xiàn)臭氧污染；同季節(jié)下低空大氣臭氧濃度呈現(xiàn)較明顯的單峰分布，15:00～17:00 出現(xiàn)最大值。

4 西和縣城區(qū)低空大氣臭氧污染產(chǎn)生的原因

從西和縣來看，導致其低空大氣臭氧污染的原因主要有人為因素和自然因素。

4.1 人為因素

氮氧化物與揮發(fā)性有機物是低空大氣臭氧主要前體物，也是臭氧濃度值增加的重要因素。西和縣大氣環(huán)境中氮氧化物排放主要來自機動車尾氣排放、化石燃料燃燒等。2021 年，西和縣城鎮(zhèn)居民人均可支配收入27796 元，較2020 年人均可支配收入25904 元，增長了7.3%。隨著居民收入增加，城市機動車保有量也在持續(xù)增長，大量自動車尾氣直接排放到城市環(huán)境中，空氣環(huán)境中氮氧化物含量進一步增大。此外，西和縣揮發(fā)性有機物主要來自機動車等燃油交通工具尾氣排放，以及化石燃料燃燒、裝潢材料中的溶劑使用等。

4.2 自然因素

自然因素主要包括西和縣的地理位置因素和氣象條件。西和縣地跨暖溫帶邊緣和中溫帶2 個氣候，氣候垂直差異性較大，小氣候區(qū)域明顯，季風氣候顯著。由于大氣動力過程聯(lián)系密切的對流層頂折疊常引發(fā)平流層對流層交換，富含臭氧的平流層空氣下傳進入對流，是低空大氣（對流層）臭氧增加的重要因素[1]。西和縣低空大氣臭氧濃度受溫帶濕潤季風氣候影響變化趨勢較為明顯，冬季、春季臭氧濃度明顯小于夏季、秋季。另外，天氣狀況也是造成臭氧濃度變化的一個重要因素[2]，也是臭氧濃度晝夜變化、日際變化、天際變化、年際變化的根本因素[3]。一年中西和縣低空大氣環(huán)境中臭氧濃度均值，6 月最高、12 月最低。夏初氣溫高有利于臭氧形成，8 月較6 月臭氧濃度均值下降了23.5%，主要是由于8 月份西和縣風速增大，利于該地區(qū)大氣環(huán)境中臭氧擴散。同時，濕度大時空氣中水蒸氣含量大，大量水分子吸收太陽輻射，也吸收部分游離態(tài)臭氧，不利于臭氧生成[4]。因此，9 月雖然溫度高，但受風速及空氣濕度影響，低空大氣臭氧濃度卻相對較低。

5 西和縣城區(qū)低空大氣臭氧防治措施

5.1 優(yōu)化預警系統(tǒng)做好實時監(jiān)測

“預防為主”是環(huán)境保護應堅持的5 項基本原則之一，西和縣低空大氣臭氧污染防治也應堅持“預防為主”的原則。建立西和縣低空大氣臭氧監(jiān)測預警系統(tǒng)，實時做好臭氧監(jiān)測，及時掌握低空大氣環(huán)境中臭氧污染物濃度，為低空大氣臭氧污染防治提供第一手詳細數(shù)據(jù)。此外，西和縣環(huán)境監(jiān)測部門還應積極借助這一系統(tǒng)，在已有環(huán)境監(jiān)測基礎上，進一步優(yōu)化大氣環(huán)境監(jiān)測點位，借鑒先進國家或地區(qū)經(jīng)驗，不斷提升大氣環(huán)境監(jiān)測預警水平。與應急、市場監(jiān)管等部門加強協(xié)作，將臭氧監(jiān)測與大氣環(huán)境質量預警有機銜接，實時播發(fā)城市大氣環(huán)境臭氧監(jiān)測信息，為相關部門或人員采取防護措施提供依據(jù)。

5.2 健全應急預案做好應急響應

從西和縣低空環(huán)境大氣臭氧監(jiān)測情況來看，臭氧濃度呈現(xiàn)出較為顯著的時間特征。應建立與這一特征相對應的臭氧污染應急預案，重點做好春末、夏季、初秋等時段臭氧污染防治工作，建立健全分級響應機制，編制西和縣大氣臭氧污染防治應急預案。并針對近年來城市大氣臭氧濃度上升趨勢，合理編制地方發(fā)展規(guī)劃，如編制西和縣節(jié)能減排規(guī)劃、縣域臭氧污染排放重點企業(yè)與行業(yè)名錄、季節(jié)性排放標準。同時，針對不同等級臭氧污染，制定具體應急處置機制，確保第一時間響應、第一時間跟進、第一時間采取措施，如對重點企業(yè)、行業(yè)采取間歇性生產(chǎn)或者督促其采取措施，減少臭氧前體物排放量。

5.3 多部門協(xié)同加大源頭控制

城市大氣環(huán)境污染以“預防為主”，預防的關鍵在于生態(tài)環(huán)境、市場監(jiān)管、稅務、商務等部門協(xié)同發(fā)力加大源頭控制[5]。

5.3.1 加強機動車尾氣排放控制

嚴格限制機動車使用，加強機動車尾氣排放控制。推行新能源公交車，從習慣上引導，鼓勵人們乘用公共交通工具出行；引導出租車行業(yè)逐步將燃油車更換為新能源車或燃燒清潔能源，同時從質量上控制，嚴格執(zhí)行國6 標準，加大汽油品質監(jiān)測，加快老舊黃標車淘汰力度，鼓勵加裝尾氣凈化裝置。

5.3.2 加大工業(yè)企業(yè)監(jiān)管力度

重點要做好石化、塑料、裝飾等行業(yè)監(jiān)管，加強行業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，及時掌握企業(yè)生產(chǎn)過程中氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機物（VOCs）等污染物質的排放情況，從源頭降低臭氧前體物生成。

5.3.3 加大對燃煤污染的控制

研究表明，燃煤廢氣也是加劇城市大氣環(huán)境中臭氧污染程度的重要因素。因此，應做好重點燃煤企業(yè)行業(yè)監(jiān)管，鼓勵居民使用太陽能、天然氣等清潔能源，加快熱電整合；同時，進一步加大煤炭質量監(jiān)控，禁止生產(chǎn)、使用劣質煤。

結語

低空大氣臭氧濃度過高會造成較大環(huán)境污染，危害人體健康。通過對西和縣低空大氣臭氧污染特征分析，掌握低空大氣臭氧濃度的時間性、季節(jié)性變化特征，提出預防為主、強化應急響應、協(xié)同綜合治理策略，以降低城市臭氧污染程度，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供良好生態(tài)環(huán)境。