太原城市環境空氣中臭氧濃度的變化特征

＊王 正

（山西省環境監測中心站 山西 030027）

太原城市環境空氣中臭氧濃度的變化特征

＊王 正

（山西省環境監測中心站 山西 030027）

為探討O3在環境空氣中的變化趨勢，利用2015年太原市城市環境監測網絡8個城市趨勢點的監測數據為基礎，并結合空間分布以及NO2監測數據等資料，對太原市環境空氣中的O3濃度變化特征進行分析。結果表明：太原市環境空氣中的O3濃度存在明顯的季節變化，總體呈現為夏秋季節高，春冬季節低的變化趨勢，濃度最大值出現在夏季6月份。O3空間分布總體呈現為東部相對較低，向西部逐漸升高的變化趨勢。同時，根據對太原市城市環境空氣中的O3與NO2監測數據分析，發現O3與NO2濃度在時間變化上存在明顯的負相關性。

臭氧；自動監測；污染物濃度變化

隨著我國經濟發展，城市規模擴大與機動車尾氣排放的劇增，導致近年來環境空氣污染類型由煤炭型污染逐步轉變為復合污染，并由此帶來的城市光化學煙霧現象已成為了當前城市環境空氣質量改善所面臨的重要問題之一。城市光化學煙霧是指含有氮氧化物、一氧化碳和揮發性有機物的大氣，在較強的太陽輻射的照射下發生反應，產生高濃度臭氧為特征的混合物。

太原市是我國工業、能源重要基地，聚集了太原鋼鐵，太原化工、太原熱電等諸多大型鋼鐵、化工、電力等企業，而這些企業在生產、存儲、運輸的過程是環境空氣中O3前驅物的重要來源，這勢必會對太原及其周邊的環境產生負面影響，造成區域O3的污染。但目前針對太原市大氣中O3濃度變化特征的研究不多，對太原環境空氣質量問題缺少全面的認識。

本文以太原市環境空氣城市自動監測網監測數據為基礎，分析其時間、空間變化特征，并對污染物間的相互反應的影響，進行了特征分析。

1.材料及方法

太原市城市環境空氣監測網始建于上世紀80年代，90年代初已建成覆蓋全市建成區面積的環境空氣監測網絡，2012年完成全市環境監測網絡所用監測儀器的更新和擴項工作，使監測能力更進一步得到完善，能夠更加真實、準確的反映出太原市市區環境質量的整體變化情況。

目前，太原市8個城市環境空氣質量監測趨勢點位的O3監測儀均使用美國熱電公司生產的49i型監測設備，并配套相應的49i-PS校準儀進行監測儀器的溯源工作。QA/QC工作則嚴格按照中國環境保護部與中國環境監測總站相關標準和規范以及規范日常操作的作業指導書的相關要求開展。

本文所用太原市2015年期間環境空氣O3和NO2質量濃度監測數據均按照《環境空氣質量標準》數據有效性最低要求進行校驗，剔除無效數據。同時，在統計和運用過程中大量使用了SPSS、EXCEL以及地理信息系統Arc GIS9．20等統計和分析軟件。

2.結果與討論

(1)O3質量濃度時間變化

根據太原市環境空氣質量監測網監測和統計結果顯示，2015年，太原市臭氧日8小時滑動平均濃度超過《環境空氣質量標準》中二級標準的天數共計24天，占2015年監測總天數的6．6%。同時。超標天數主要集中在6月份，共計出現超標天數18天，占超標總天數的75%，占全年監測總天數的4．9%。同時根據圖1可以看出太原市臭氧污染整體呈現為春冬低，夏秋高等趨勢，符合臭氧的產生受強日照輻射生成的基本情況。

圖1 2015年太原市臭氧日小時均值與臭氧日8小時滑動均值變化圖

通過對太原市2015年各月臭氧日8小時滑動均值的第百分之九十位數的統計（見圖2），表現出太原市臭氧污染最重的月份為6月，其次分別為7月、8月、5月，污染最輕的月份為12月，各月臭氧濃度的變化情況符合日照強度和時間（2015年夏至為6月22日，冬至為12月22日）對臭氧濃度變化影響的實際情況。

圖2 2015年各月太原市臭氧日8小時滑動均值第90%位數統計圖

(2)O3質量濃度空間變化

通過對太原市各監測點位2015年全年日臭氧8小時滑動均值統計結果并結合地理信息系統對太原市各點位監測、統計數據對太原市各城區及周邊臭氧污染情況以不同的顏色進行表征，結果顯示太原市臭氧分布情況呈現出東部污染相對較低，西部較高的整體污染物空間分布特征。結合風向等因素認為造成上述情況的原因為：太原市臭氧污染較重的時間段主要在6月-8月，期間太原主要受太平洋暖氣流影響，主導風向主要為東風與東南風，同時，在臭氧的產生過程中臭氧前驅物相互反應的需一定的時間進行，在濃度升高過程中在時間和空間中有一定的滯后性，從而形成太原市臭氧污染空間分布的東低西高的特征，太原市空間分布特征詳見圖3、圖4。

圖3 太原市臭氧污染空氣分布情況圖

圖4 太原市各點位臭氧濃度統計情況圖

(3)臭氧與二氧化氮間濃度變化

通過對太原市臭氧污染時間變化特征的分析：6月為太原市臭氧污染最嚴重的時段，為能夠更加明確的表征太原市臭氧與二氧化氮濃度變化之間的關系，本分析僅使用6月份臭氧小時值各點位的最大值的均值進行計算。

從圖5可以看出，臭氧與二氧化氮濃度變化趨勢呈現出明顯反比的關系：太原市臭氧濃度升高時段開始于7-8時，伴隨臭氧濃度的升高，二氧化氮濃度不斷的下降，下午13-14時臭氧濃度達到最大，并一直持續到16時后，臭氧才出現較大幅度的下降，通過不斷的擴散和還原作用，凌晨5-6時，臭氧濃度達到最低值。而二氧化氮濃度呈現為凌晨4-5時達到最大，下午15-16時降到最低。分析結果符合二氧化氮與臭氧濃度間的變化關系。

圖5 太原市臭氧污染物濃度與二氧化氮污染物濃度變化趨勢圖

3.結論

(1)太原市環境空氣2015年O3濃度變化總體呈現為春冬季節低，夏秋季節高的變化趨勢，日變化趨勢呈現為凌晨最低，正午12時后1-2小時后達到全天最大值。

(2)日照、氣溫是影響太原市環境空氣中O3濃度的重要因素。6月中下旬達到太原O3峰值。且根據太原風向的影響，總體呈現為東部O3濃度較低，并向西逐步升高的變化趨勢。

(3)環境空氣中二氧化氮是高溫高日照輻射下產生O3的主要前驅物，通過對2015年太原市環境空氣中臭氧與二氧化氮污染物濃度變化情況的分析，臭氧與二氧化氮濃度呈反比變化，即隨著臭氧濃度的上升，二氧化氮濃度逐步下降；隨著臭氧濃度的降低，二氧化氮濃度逐步上升。

[1]安俊琳,王躍思,孫楊等．氣象因素對北京臭氧的影響[J]．生態環境學報,2009,18(2):944-511．

[2]KANSAL A．Sources and reactivity of NMHCs and VOCs in the atmosphere:A review [J]． Jourunal of Hazardous Material,2009, 9:7343-7360．

[3]Guo Hai,Jiang Fei,Cheng Hairong．Concurrent observations of air pollutants at two sites in the Pearl River Delta and the implication of regional transport[J]．Journal of Hazardous Material ,2009,9:7343-7360．

[4]安俊琳,杭一纖,朱彬,王東東．南京北郊大氣臭氧濃度變化特征[J]．生態環境學報,2010,19(6):1383-1386．

[5]王東東,朱彬,王靜．利用差分吸收光譜系統對O3, SO2和NO2的監測分析[J]．環境科學研究,2009,22(6):650-655．

[6]唐文苑,趙春生,耿福海等．上海地區臭氧周末效應研究[J]．中國科學,2009,39(1):99-105．

[7]PUDASAINEE D, SAPKOTA B, BHATNAGAR A, et al． influence of weekdays, weekends and bandhas on surface ozone in kathmanduvalley[J]．Atmospheric Research,2010,95:150-156．

王正（1982～），男，山西省環境監測中心站，研究方向：環境質量（空氣、地表水）自動監測。

(責任編輯盧鳳英）

Taiyuan city environment variation characteristics of ozone concentration in the air

Wang Zheng
(Environmental monitoring center in Shanxi Province, Shanxi, 030027)

To explore O3in environmental trends in the air, use of taiyuan city environmental monitoring network in 2015 eight cities trend of monitoring data as the foundation, combined with the spatial distribution and NO2monitoring data such as data, changes the O3concentration in the air in taiyuan city environment characteristics were analyzed. Results show that the environment of taiyuan city O3concentration obvious seasonal change, in the air for the summer and fall season is high, the general trend of the festival in the spring and winter low maximum concentration in summer in June. O3spatial distribution of general is relatively low in the east, west gradually rising trend. At the same time, according to NO2and O3in taiyuan city ambient air monitoring data analysis, found the concentration of NO2and O3on time there is an obvious negative correlation.

Ozone；automatic monitoring；pollutant concentration changes

T

A