中山市一次典型的臭氧污染過程及分析

黃凱濤

摘 要：利用 2018年8月20日-26日中山市空氣自動監測站的監測數據，探討了一次持續性臭氧重污染過程中，前體物排放、外來輸送及氣象因素對近地面臭氧濃度的時空變化影響特征。結果表明：前體物的排放和輸送是造成污染時段臭氧濃度升高的主要原因，靜穩天氣、偏北氣流影響是此次污染過程持續和加重的氣象因素。建議管控本地VOCs的排放企業，加強臭氧污染的聯防聯控等以減輕臭氧的污染。

關鍵詞：臭氧污染;過程分析;前體物;氣象

0 引言

臭氧是天然大氣的重要微量成分，主要是由氮氧化物（NOx）及揮發性有機化合物（VOCs）等前體物在太陽輻射下發生光化學過程反應形成[1-2]。近年來，隨著經濟的快速發展、城市化進程的持續推進及機動車保有量的猛增，以臭氧為首要污染物的光化學污染成為許多城市大氣污染的首要環境問題[3-5]。

近年來，中山市空氣中PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO年均評價濃度保持達標且污染物濃度呈逐年下降趨勢，而臭氧濃度出現多次超標且呈逐年上升趨勢，以臭氧為首要污染物的污染天占全年總污染天數80%以上，臭氧已超越PM2.5成為中山市的首要大氣污染物。尤其在夏秋季，臭氧污染頻次高、每次持續天數長、污染程度高，形成了夏秋季以臭氧為首要污染物的大氣持續污染常態。根據2017年中山市環境監測站監測數據統計，夏秋季臭氧持續污染超過3天達8次，污染過程最長持續12天;最高臭氧日最大八小時平均值為294微克每立方米，達重度污染級別。

2018年8月20日-26日，中山市出現了一次臭氧持續污染天氣，本文對本次污染過程進行分析，探討臭氧的污染特征及污染原因，以期為中山市夏秋季節臭氧持續污染的防控提供參考。

1 數據來源

中山市城區范圍共布設四個大氣自動監測站點，分別是華柏園大氣監測子站、張溪大氣監測子站、長江大氣監測子站和紫馬嶺大氣自動站。華柏園空氣自動監測站位于中山市中心城區，張溪空氣自動監測站位于中山市城區原工業區，長江水庫自動監測站（清潔對照點）位于中山市長江旅游區，紫馬嶺公園空氣自動監測站位于中山市紫馬嶺公園內，這四個站點分別代表了商住混合區、工業區、旅游區、文化區等若干塊功能區。本文所使用臭氧監測數據均來自于四個監測站點。氣象數據來自中山市氣象局的常規地面觀測資料和常規高空天氣圖資料。

2 污染過程和討論

2.1 臭氧污染變化特征

8月20日至26日，中山市經歷了一次持續7天的臭氧污染過程。此次污染過程從20日午時開始，隨著太陽輻射和光化學反應的增強，臭氧濃度急劇上升達到中度污染，污染持續三天且呈上升趨勢，23日污染有所回落，臭氧八小時平均第90百分位數濃度下降為輕度污染級別（166微克每立方米）。而后臭氧污染卷土重來，于24日午后飆升至污染峰值，紫馬嶺15：00時臭氧小時值高達353微克每立方米，中山市日臭氧八小時平均第90百分位數濃度為301微克每立方米，達重度污染級別。25-26日臭氧濃度緩慢下降，至27日空氣質量級別回落至良，此次臭氧污染結束。

中山市區四個空氣自動站的臭氧濃度小時值變化趨勢見圖2。從圖中可以看出，華柏園、張溪、紫馬嶺和長江旅游區的小時值在8月20日-26日期間污染的逐時變化趨勢基本一致，每日基本呈單峰變化，夜間較低，6：00左右為臭氧濃度的峰谷值，約9：00開始臭氧濃度明顯上升，在午后15：00左右濃度達到高峰值，而后隨氣溫降低等因素影響臭氧濃度逐漸下降。張溪空氣自動站處北面上風向區，臭氧小時值略高于其他空氣自動站。長江旅游區處南面且為清潔對照點，臭氧小時值低于其他空氣自動站。

2.2 臭氧污染成因分析

2.2.1 臭氧污染的來源

8月20-26日中山各類VOCs濃度都有所升高，尤其是芳香烴濃度比上月增長了1.5倍。利用山東大學薛麗坤教授光化學模型OBM-AOCP對紫馬嶺超級站VOCs及其他相關指標分析可見，20日上午11時臭氧化學生成速率已達28ppbv，12時達到日峰值35ppbv，11時到15時是臭氧光化學生成速率最高的時段。模型計算所得的白天臭氧化學生成速率顯著高于實際增長速率，可見前體物光化學生成是導致本次中山市臭氧污染的主導因素，而人為源中芳香烴排放是主要的臭氧前體物來源。隨著氣象條件進一步惡化，臭氧濃度繼續升高，至24日，臭氧日最大八小時平均值達高峰值。

按照臭氧生成潛勢（OFP）計算，紫馬嶺超級站8月20-26日臭氧生成潛勢最大的前十物種里有4個為芳香烴，分別是間/對二甲苯、鄰二甲苯、甲苯與乙苯;4個為烯烴，分別是異戊二烯、乙烯、丙烯與反-2-丁烯;還有2個烷烴為異戊烷與正丁烷。前十物種的臭氧生成潛勢貢獻占全部物種貢獻的76.8%。可見人為源芳香烴的排放是主要的臭氧前體物來源。天然源中異戊二烯同樣是臭氧關鍵來源之一。

根據廣東省環境監測中心數值模型來源解析結果顯示，中山污染來源主要以外來前體物輸送導致，海洋氣流對中山亦有明顯貢獻。相鄰城市及偏北方向（上風向）的城市和省份貢獻較大。中山本地源占比為8%。

2.2.2 氣象條件對臭氧污染的影響分析

8月20日受中低層偏北風影響，珠三角地區以靜穩天氣為主，垂直對流弱，水平方向主導風向為弱北風，且風力由北向南逐步減弱，易于污染物傳輸并累積到下風向地區并造成臭氧污染。20日上午中山市吹弱西北風，有利于珠三角中部地區臭氧前體物的輸入;中午13時始，西北、西南風在中山市形成輻合風場，導致本地擴散能力減弱，隨著午后太陽輻射增強氣溫逐漸上升，最高氣溫升至34℃，光化學反應明顯，臭氧濃度迅速增加并達到污染的峰值，PM2.5也同期達到全日峰值，形成復合污染;17時后隨著太陽輻射減弱、西南風力顯著加強，臭氧、PM2.5等污染濃度都迅速下降，污染減弱。

8月20日-26日中山市受副熱帶高壓控制，天氣靜穩，持續吹東北風或偏北風，風力較弱，且光照強烈，氣溫高，大氣擴散條件不利。中山位于珠江口岸屬下風向地區，受污染物輸送影響明顯，污染較重。

3 結論和建議

3.1 結論

分析本次臭氧持續污染過程發現：此次污染過程中，中山市受副熱帶高壓控制，天氣靜穩，氣溫高且持續吹弱偏北風，氣象條件不利。污染氣團來自偏北向的大陸工業發達地區，疊加本地臭氧的生成，導致本次污染持續時間長、程度重。

3.2 建議

3.2.1 加強管控臭氧前體物的排放

中山市家具、五金表面噴涂、小家電等制造行業企業眾多，涂料、染料、油墨等涉VOCs原輔材料使用量大，對甲苯、間/對二甲苯等關鍵前體物排放貢獻突出。應進一步提高相關行業生產管理水平和治污水平，減少本地源排放和積累。

3.2.2 區域聯防聯控形成治污合力

城市之間大氣污染變化過程呈現明顯的同步性，區域性臭氧污染特征十分顯著。單靠一個城市治理臭氧污染效果并不明顯，建議加強對廣東省臭氧重污染事件的觀測、數值模擬、污染治理，進一步與周邊城市合作完善區域大氣污染聯防聯控的協調機制。

3.2.3 加強與氣象部門的合作

臭氧污染受季節、風向風速、太陽輻射等氣象條件影響，建議進一步加強與氣象部門的會商與交流，制定相關預報預警機制應對不利氣象條件下的臭氧污染。

參考文獻：

[1]陸克定，張遠航，蘇杭，等.珠江三角洲夏季臭氧區域污染及其控制因素分析[J].中國科學：化學，2010，40（4）：407-420.

[2]朱彬，安俊嶺，王自發，等.光化學臭氧日變化特征與其前體物關系的探討[J].南京氣象學院學報，2006，29（6）：744-749.

[3]陳漾，張金譜，黃祖照.廣州市近地面臭氧時空變化及其與氣象因子的關系[J].中國環境監測，2017，33（4）：99-109.

[4]程麟鈞，王帥，宮正宇，等.中國臭氧濃度的時空變化特征及分區[J].中國環境科學，2017，37（11）：4003-4012.

[5]林燕芬，王茜，伏晴艷，等.上海市臭氧污染時空分布及影響因素[J].中國環境監測，2017，33（4）：60-67.