西安市區夏季的臭氧污染濃度變化特征

王慧(長安大學, 西安 710000)

西安市區夏季的臭氧污染濃度變化特征

王慧(長安大學, 西安 710000)

根據環境空氣質量監測數據和氣象觀測數據，對西安市城區內的小寨站點2016年夏季7月29日至8月4日為期一周的臭氧(O3)及其他大氣污染物濃度變化特征進行分析，并對主要氣象影響因素進行了初步分析。結果表明：O3與NO2的濃度呈現明顯的反相關相關性(r=-0.67)，且O3與溫度呈正相關(r=0.80)，與相對濕度呈負相關。在夏季一天之中O3小時濃度呈明顯的單峰分布，其峰值出現在12:00-18:00，主要是由于晝間機動車尾排產生的NO2在光照增加時使得O3生成增加，因此NO2作為O3生成的重要前提物之一，其污染應該受到重視。

O3；NO2；日變化；西安

近年來，夏季臭氧(O3) 的污染問題日益受到了人們的廣泛關注，并成為研究的熱點[1-4]。臭氧為光化學煙霧的主要污染物之一，具有較高的化學活性，近地面的O3會對人們的健康及植物的生長產生有害影響[5]，臭氧污染及控制途徑探究已成為環境空氣污染主要問題之一。

崔蕾等人對成都市O3濃度的研究表明成都市O3濃度季節變化呈現冬低夏高的特征,其濃度最大值出現在8月[6]；黃偉的研究表明強日照產生高UV輻射值是O3生成的基礎條件，但UV強度在O3超標/未超標日差別不大[7]。

西安市歷史文化悠久，是西北地區的政治和文化中心，2015年西安市機動車保有量達到215萬輛，90%集中在主城區；且西安夏季光照增加，易形成臭氧。因此本文選取2016年7月29日至8月4日的西安市區內的小寨站點，對為期一周的空氣質量數據及氣象條件進行分析，旨在研究夏季O3與其他污染物的濃度變化特征及關系，為西安市的O3的治理提供依據。

1 材料與方法

選取西安市國控環境空氣質量評價的“小寨”點位作為觀測點位，對2016年7月29日至8月3日(為期一周)O3及其他污染物的濃度水平，以及氣象條件進行觀測得到氣象數據，并以污染物的小時濃度均值為基準進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 各污染物及氣象因素的日變化

如圖1所示，在觀測期間，溫度平均值為29.49±3.02℃，O3的平均濃度70.85±60.57μg/m3，主要是由于臭氧的日濃度變化較大，因此臭氧濃度的方差值越大，O3的小時濃度的最大值和最小值分別為3和238μg/m3。在測試期間溫度與相對濕度的日變化呈明顯的反相關；O3濃度與溫度呈正相關，而與NO2呈反相關，但O3與SO2、CO、PM2.5和PM10的相關性不明顯；SO2和CO濃度的晝夜變化不顯著。

圖1 測試期間各污染物及氣象條件的日變化序列

2.2 各污染物的相關性分析

本文進一步對測試期間各污染物及氣象條件進行了皮爾遜(Pearson)相關分析得到表1。 結果表明，O3與NO2的濃度呈現明顯的反相關相關性(r=-0.67)，說明西安城區內NO2為O3產生主要前體物之一。O3與溫度呈正相關(r=0.80)，表明O3的產生與溫度的增加，即太陽輻射的增加有關。CO與NO2呈較好的正相關(r=0.68)，表明在西安城區夏季CO和NO2可能來自同一污染源，即機動車尾氣排放。與其他污染物相比，PM10與AQI的相關性最好(r=0.78)，表明在夏季PM10的污染雖然不如冬季高，但仍然不容忽視。

表1 測試期間各種污染物及氣象的Pearson相關性

2.3 O3及NO2的濃度日變化

進一步選取七天中的O3及與其相關性較好的NO2分析，如圖2所示。O3主要是由于存在前體物時，夏季高溫太陽輻射發生光化學反應。監測點小寨位于市區的核心商業圈，日均車流量約10萬輛。一天之中的早高峰時，車流量增加，機動車尾排產生的NO2、CO等臭氧前體物隨之增加，其濃度在早高峰時達到第一個峰值；10:00以后隨著光照的增強，NO2不斷被消耗并產生O3，并在12:00-18:00達到峰值； 而NO2的濃度由于光化學反應在12:00 -18:00達到谷值。雖然18：00晚高峰的到來使得NO2的濃度增加，但由于光照減弱，因此O3濃度擴散減少。因此NO2濃度在21:00-23:00達到第二個峰值，主要由于機動車對NO2源的貢獻并未減少，但NO2的匯(形成O3)減少而導致；而23:00后由于車流量的減少，NO2的污染源排放強度減小，環境中的NO2濃度降低。

圖2 測試期間NO2與O3的濃度及時間變化序列

3 結語

對西安市區內的臭氧(O3)及其他大氣污染物濃度變化特征及氣象因素進行分析，得到的結果表明：①O3與NO2的濃度呈現明顯的反相關相關性(r=-0.67)，且O3與溫度呈正相關(r=0.80)，與相對濕度呈負相關。②在夏季一天之中O3小時濃度呈明顯的單峰分布，其峰值出現在12:00-18:00，主要是由于晝間機動車尾排產生的NO2在光照增加時發生光化學反應生成O3，因此NO2作為O3生成的重要前提物之一，其污染應受到重視。③NO2的濃度峰值21:00-23:00，主要由于機動車對NO2源的貢獻并未減少，但NO2的匯(形成O3)減少而導致。說明機動車是導致西安市區夏季臭氧產生的主要原因之一。

[1]強琳，董衛民，徐衡，等.寶雞市夏季臭氧及其前體物污染特征研究[J].環境工程,2016,34(6):101-105.

[2]王濤，陳夢平，周夢翩，等.無錫市區大氣污染物污染特征及影響因素研究[J].環境污染與防治,2015,37(12):74-78.

[3]徐敬，馬建中，張小玲，等.北京城區夏季O3化學生成過程[J].環境科學學報，2012,32(1)：93-100.

[4]王占山，李云婷，陳添，等.北京城區臭氧日變化特征及與前體物的相關性分析[J].中國環境科學，2014，34(12)：3001-3008.

[5]萬五星，夏亞軍，張紅星，等.北京遠郊區臭氧污染及其對敏感植物葉片的傷害[J].生態學報，2013，33(4)：1098-1105.

[6]崔蕾，倪長健，王超，等.成都市O3濃度的時間變化特征及相關因子分析[J]、中國環境監測,2015,(6):41-46.

[7]黃偉，余家燕，唐曉，等.重慶夏季區域臭氧污染狀況與成因分析[J].四川環境,2015,34(4):91-96.

王慧(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：大氣污染控制。