西安市春季O3污染狀況分析

【摘要】：本文主要對西安市2013年4-6月及2014年4-6月份的大氣中O3污染狀況進行分析，運用數理統計學的方法分析了O3濃度的分布規律，繪制了西安市春季主城區的O3污染物濃度等值線分布圖，說明了春季西安市東南部地區的O3污染整體要輕于西北部地區。

【關鍵詞】：春季;污染現狀;分析

近年來，城市大氣環境質量問題越來越受到人們的關注，逐漸成為了衡量城市綜合實力的一項重要內容。本文主要針對近兩年西安市春季O3污染的現狀分析，運用數理統計學的方法分析O3污染物濃度的分布規律，并采用環境空氣質量指數（即AQI）等進行綜合分析比較。

1.研究方法

1.1 研究區概況

西安（34°16′N，108°54′E）位于關中平原腹地，屬于溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，氣候溫和，雨量適中。春季溫暖、干燥、多風;夏季炎熱多雨，多雷雨大風天氣;秋季涼爽，氣溫速降，秋淋明顯;冬季寒冷，多霧、少雨雪。主導風向為東北風，第二主導風向為西南風。平均風速較低，靜風頻率比較高，不利于污染物的擴散。

1.2 采樣點分布

采樣點共計13個，分布于西安市的各個區域，其中9個采樣點分布在主城區。此外，長安區、臨潼區、閻良區、草灘各設一個采樣點。

1.3 采樣儀器

臭氧監測儀器為：49i型紫外光度法臭氧（O3）分析儀;二氧化硫監測儀器為：43i型脈沖紫外熒光法二氧化硫（SO2）分析儀;二氧化氮監測儀器為：42i型化學發光法二氧化氮（NO2）分析儀;一氧化碳監測儀器為：48i型氣體濾波相關紅外吸收法一氧化碳（CO）分析儀。對監測所得數據按照儀器規范進行了質量控制，剔除了無效數據。所有儀器均符合國家相關標準要求，定期進行了儀器校準，以確保數據準確有效。

1.4 數據采集及分析方法

對2013年4-6月和2014年4-6月期間進行收集整理，運用數理統計學的方法分析O3污染物濃度的分布規律，通過計算并運用surfer、Origin軟件繪圖等方式對西安市春季O3污染現狀進行分析。

2.大氣污染現狀分析

2.1 西安市O3的時空分布特征

2014年春季西安臭氧污染改善非常的明顯，遠低于2013年同期水平，達到國家一級標準[1]。可能與節能減排措施、能源結構改造措施、汽車尾氣的治理等措施以及溫度等氣象條件變化關系比較密切。西安市東南部地區的O3污染要輕于西北部地區，這與西安市的人口、工業區以及車流量的分布基本吻合。在西安整體污染情況有所改善的情況下，城北的污染加重更應該引起人們的警覺。

2.2 O3濃度時間序列分析

2014年4-6月O3的濃度隨時間呈現遞增趨勢，6月O3污染尤其嚴重，已成為主要污染物。近兩年O3的濃度變化趨勢基本一致，可能和溫度等氣象條件的變化相關性較大，時間性明顯。2014年4-6月O3污染較2013年同期明顯改善，總體污染水平明顯低于2013年同期。盡管對于不同地區和不同大氣環境下，控制O3濃度變化的前體物有所不同，但主要的前體物一般可以分為：NOx、VOCs、CO和CH4四類[2-3]。其中，CO和CH4是遠離工業污染的農村地區影響大氣O3的最主要的前體物;由于城市和工業地區NOx和VOCs的人為源較多，所以其濃度較高，是控制O3濃度的重要前體物。西安市的目前的大氣污染是機動車尾氣與燃煤排放的復合型污染，所以氮氧化物和VOCs的排放量比較大，此外氣象條件是影響對流層O3的最主要因素之一，是造成近地面O3濃度晝夜變化、日際變化、季節變化、年際變化的根本原因。

2.3 O3小時濃度變化規律

從O3的日變化來看，最大值可以出現在一天中的任何時刻，但中午至午后之間出現的頻率最大，日落至午夜之間的頻率最小;O3最小值一般出現在黎明日出前。另外，污染地區大氣的O3與人類活動有很大關系，近地面O3是光化學煙霧的首要污染物，占光化學反應產物的85%以上。光化學煙霧在白天生成，傍晚消失，污染高峰一般出現在中午至午后[4-5]。

近兩年春季每個月O3小時濃度變化規律比較一致，特點比較明顯，為明顯的單峰分布，白天濃度高于晚間濃度，濃度峰值出現在下午溫度較高和日照較強烈的時段。與O3濃度時間序列一致，4-6月顯現遞增趨勢。同時可以看出除了2014年6月份小時濃度峰值高于2013年同期，其余時段2014年都要低于2013年同期，所以2014年春季O3平均濃度要低于2013年同期。

O3同氮氧化物（NOx=NO2+NO）之間的光化學反應方程式如下[10]

NO2+hv→NO+O（3p） " " " " " " " " " " " "（1）

O（3p）+O2+M→O3+M " " " " " " " " " " （2）

O+O3→NO2+O2 " " " " " " " " " " " " "（3）

式中M是中性第三體，其作用是維持反應過程的動量和能量守恒，可由氮氣、氧氣等分子充當。上述三個反應為一個快速循環過程，該過程的反應平衡主要依賴于紫外線強度和NOx的濃度，因此，O3白天濃度高于晚間濃度，濃度峰值出現在下午溫度較高和日照較強烈的時段。當沒有光照時，（3）為主導反應，這是造成夜間O3濃度較低的一個主要原因。

3.小結

1. 春季西安市東南部地區的O3污染水平要低于西北部地區，東南部環境質量好于西北部地區，與西安市的人口、工業區以及車流量等的分布基本吻合。

2. 近兩年春季O3的濃度隨時間呈現遞增趨勢，且O3小時濃度變化為明顯的單峰分布，白天濃度高于晚間濃度，濃度峰值出現在下午溫度較高和日照較強烈的時段。

參考文獻：

[1]中華人民共和國環保部，國家質量監督檢查檢疫總局，環境空氣質量標準（GB 3095—2012）[S]，中國環境科學出版社，2012.

[2]Vingarzan R. A review of surface ozone background levels and trends[J]. Atmospheric Environment， 2004， 38（21）： 3431-3442.

[3] Kleinman L I. The dependence of tropospheric ozone production rate on ozone precursors[J]. Atmospheric Environment， 2005， 39（3）： 575-586.

[4] Diem J E. Comparisons of weekday–weekend ozone： importance of biogenic volatile organic compound emissions in the semi-arid southwest USA[J]. Atmospheric Environment， 2000， 34（20）： 3445-3451.

[5] Qin Y， Tonnesen G S， Wang Z. Weekend/weekday differences of ozone， NOx， CO， VOCs， PM10 and the light scatter during ozone season in southern California[J]. Atmospheric Environment， 2004， 38（19）： 3069-3087.

[6] 戴樹桂，岳貴春，王曉蓉，等.環境化學（M）.北京：高等教育出版社，1997.19-90.