能見度與NO_x、NO₂日變化關系分析研究

李大年 余家燕 劉海立

摘 要：NO2和NO是大氣中主要的含氮污染物，我們通常將二者統稱為氮氧化物（NOx）。研究發現，NO2氣體對可見光會產生吸收作用，因此本研究對NO2和NOx的日變化特征進行了簡要分析。氮氧化物的人為源主要是燃料的燃燒過程所產生的污染。因此燃燒污染源也可分為流動燃燒污染源和固定燃燒污染源，城市大氣中的NOx約1/3來自固定源的排放，而來自汽車等流動污染源的排放高達2/3。

關鍵詞：環境空氣；能見度；NOx、NO2；PM2.5

中圖分類號：X-651 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0068-02

Abstract： NO2 and NO are the main nitrogen pollutants in the atmosphere. It is found that NO2 gas absorbs visible light， so the diurnal variation characteristics of NO2 and NOx are briefly analyzed in this study. The main anthropogenic source of nitrogen oxides is the pollution caused by the combustion of fuel. Therefore， combustion pollution sources can also be divided into flow combustion sources and fixed combustion sources. About 1/3 of NOx in the urban atmosphere comes from the emissions from fixed sources， while the emissions from mobile sources such as automobiles are as high as 2/3.

Keywords： ambient air； visibility； NOx； NO2； PM2.5

利用重慶大氣超級站的Model 6000能見度傳感器所測的高時間分辨率的能見度資料，運用統計學分析了近五年大氣能見度的變化，并著重分析了觀測期間的能見度變化。在討論過程中，四季劃分分別為：春季（3、4、5月）；夏季（6、7、8月）；秋季（9、10、11月）和冬季（12、1、2月）。

根據重慶市大氣超級站2011～2015年五年能見度的觀測數據可知，五年的平均能見度為6120m，其中2011年為5390m，2012年為4423m，2013年為7040m，2014年為6119m，2015年能見度最好為7632m。與2012年相比，最近幾年重慶市能見度得到較大幅度提高，并且在2015年達到7632m，較2012年上升了73%左右。

1 能見度與NOx、NO2日變化關系

圖1和2是重慶市主城區2014年觀測期間NO2和NOx濃度日變化趨勢圖。觀測期間，NOx的小時平均濃度為76？滋g/m3，NO2的小時平均濃度為48？滋g/m3。圖中可以發現NOx和NO2呈現明顯的雙峰型，并且在上午06：00至24：00過程中，可以明顯看到能見度與NO2和NOx都呈現明顯的負相關性，在上午10：00至下午16：00過程中，NO2和NOx都出現驟降過程，這期間能見度也有很明顯的上升過程，并且在NO2和NOx濃度降到最低值的時候，能見度達到最高值。此后由于下班高峰期，車流量增加，導致大氣中的NO2和NOx濃度開始上升，能見度開始下降。

2 能見度與PM10、PM2.5、NO2及NOx的相關性分析

為了表示PM10、PM2.5、NO2及NOx的濃度與大氣能見度的關系，將2014年的四個季度大氣能見度的數據與各影響因子進行相關性分析，得到了能見度與各影響因子的相關系數。可以發現，能見度與PM10、PM2.5、NO2及NOx呈明顯的負相關，而PM10-PM2.5（PM10與PM2.5的濃度差，代表粒徑介于2.5？滋m和10？滋m之間的氣溶膠的質量濃度）與能見度呈現較弱的負相關關系。

從圖中可以看出，顆粒物與氣態污染物相比，對能見度的影響顯著，其中冬季PM10和PM2.5對能見度的影響最大，相關系數分別達到了-0.62和-0.61；春季、夏季和秋季PM2.5對能見度的影響大于PM10，其中春季PM2.5與能見度的相關性達到了-0.63，而PM10與能見度的相關系數僅為-0.43，春季粒徑處于2.5～10？滋m之間的細顆粒濃度與能見度的相關系數為-0.16，說明在春季對能見度產生影響的主要還是小于2.5？滋m的細顆粒物，而處于2.5～10？滋m之間的細顆粒物對能見度的影響有限；夏季顆粒物對能見度的影響沒有其他三個季節明顯，可能是因為夏季顆粒物濃度本身較低，對能見度的影響有限，夏季2.5～10？滋m之間的細顆粒物與能見度的相關系數僅為-0.02，說明夏季粒徑在2.5～10？滋m之間的細顆粒物幾乎對能見度沒有影響；秋季PM10和PM2.5與能見度相關系數分別為-0.45和-0.53，對能見度的影響僅次于冬季。

與顆粒物相比，氣態污染物NO2及NOx對能見度的影響有限，并且在四個季節中對能見度的影響幾乎不變，NO2在四個季節中與能見度的相關系數在-0.19～-0.36之間，NOx在四個季節中與能見度的相關系數在-0.32～-0.36之間。總體而言，氣態污染物對能見度的影響雖然沒有細顆粒的影響大，但是大氣能見度也會隨NO2和NOx濃度的升高而降低，NO2和NOx在一定程度上也會影響大氣能見度。

3 PM2.5化學組分與能見度的相關性分析

根據以上研究可知細顆粒物（PM2.5）是導致重慶市主城區能見度降低的主要因素。研究表明，顆粒物中的不同化學組分具有不同的消光特性，水溶性組分約占城市大氣PM2.5質量的30%以上，本研究中水溶性離子大約占城市大氣PM2.5質量的43.5%，因此，研究細顆粒物中水溶性離子對能見度的影響有著重要的作用，對于改善空氣質量，提高大氣能見度有著積極的作用。

本研究于2014年夏季開始，按季度進行采樣，采樣時間為期一年，采樣過程中使用mini PMTM小流量采樣器和Partisol 2000i 顆粒物采樣器采集了PM2.5樣品，并通過戴安600離子色譜儀分析了PM2.5顆粒物中的NH4+、Na+、Mg2+、Ca+、K+和SO42-、NO3-、Cl-、F-等無機水溶性離子，電感耦合等離子質譜儀分析PM2.5中鋁（Al）、硅（Si）、硫（S）、銅（Cu）、鉻（Cr）、砷（As）等無機元素的的含量，并利用美國沙漠研究所的DRI Medel 2001A型熱光分析儀分析PM2.5顆粒物中的OC、EC濃度，獲得了重慶市主城區具有代表性的數據。本研究重點針對PM2.5中濃度相對較大或對能見度的影響相對較大的化學組分展開討論。

表1是2014年重慶市主城區觀測期間的能見度與PM2.5中的主要化學組分的相關系數，全年觀測中能見度與PM2.5中的主要化學組分都呈負相關關系。由表可知，NH4+、SO42-和OC是影響春季能見度的主要組分，與能見度的相關系數分別為-0.48、-0.47和-0.42；夏季NH4+、K+、EC和 OC是影響能見度的主要組分，其中EC和OC與能見度的相關系數分別為-0.72和-0.57；秋冬季PM2.5中的主要化學組分與能見度的相關系數都比較高，表明在高濃度的情況下，任何一種化學組分濃度的升高都會對能見度產生較大的影響，都會使能見度明顯下降。

4 結束語

（1）重慶市主城區2011～2015五年的平均能見度為6120m，其中2011年為5390m，2012年為4423m，2013年為7040m，2014年為6119m，2015為7632m。

（2）2014年夏季至2015年春季重慶市主城區能見度平均值為7296m，全年只有2014年的7、8和9月份以及2015年的3、4和5月份能見度高于全年平均值；2014年冬季（12、1、2月）的能見度全年最差，分別為4634m，3712m和6356m，平均值為4900m；秋季能見度平均值為6639m；夏季的7、8月份能見度為全年最高，分別為10524m和8700m，平均值為9612m；2015年春季能見度平均值為8803m。

（3）重慶市主城區能見度變化較為明顯，呈現明顯的“一峰一谷”型，在上午9：00能見度最低，下午17：00能見度最高。

（4）2014夏季至2015年春季期間0：00至上午11：00期間PM2.5和PM10對能見度的影響較弱，上午11：00至0：00期間，能見度與PM2.5和PM10呈現明顯的負相關性；能見度與NOx和NO2呈現明顯的負相關性。

參考文獻：

[1]古金霞，等.天津市冬季顆粒物散射消光特征[J].南開大學學報（自然科學版），2009（02）：73-76+86.

[2]黃健，等.1954-2004年珠江三角洲大氣能見度變化趨勢[J].應用氣象學報，2008（01）：61-70.

[3]呂煒煜，等.內陸地區近地面大氣消光系數統計特征及氣象要素影響分析[J].光子學報，2009（09）：2376-2380.

[4]劉敏，等.重慶主城區秋冬季逆溫對空氣質量影響的觀測分析[J].環境工程學報，2014（08）：3367-3372.

[5]張晶.淺談城市空氣質量監測方法及城市空氣污染防治措施[J].科技創新與應用，2017（20）：79，87.