長江三角洲地區臭氧污染現狀研究

排日迪古麗·阿力木 依帕熱古麗·艾合麥提尼亞孜 于婷

摘要 利用國家環保局監測站污染物觀測數據和空氣質量指數（AQI），系統分析2013—2018年上海地區、江蘇省13個地級市及浙江省11個地級市臭氧、PM2.5和AQI時空變化特征，以及臭氧濃度與AQI指數、PM2.5和氣體污染物（NO2和CO）關系。研究發現：長三角地區空氣質量呈轉好趨勢，PM2.5濃度呈下降趨勢，空氣質量逐漸提高，但臭氧污染明顯增加，并且將逐漸成為長三角地區首要污染物。

關鍵詞 臭氧;長三角;臭氧前體物;PM2.5;AQI

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）07–0–03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.070

Study on Ozone Pollution in Yangtze River Delta

PAIRIDIGULI·Alimu et al （1.Cele county meteorological bureau， Cele， Xinjiang 848300）

Abstract Using the pollutant observation data and air quality index （AQI） of the monitoring stations of the National Environmental Protection Agency， the time and space of ozone， PM2.5 and AQI in Shanghai area， 13 prefecture-level cities in Jiangsu Province and 11 prefecture-level cities in Zhejiang Province from 2013 to 2018 were systematically analyzed Change characteristics， and the relationship between ozone concentration and AQI index， PM2.5 and gas pollutants （NO2 and CO）. The study found that the air quality in the Yangtze River Delta is showing a trend of improvement， the PM2.5 concentration is showing a downward trend， and the air quality is gradually improving， but ozone pollution has increased significantly， and it will gradually become the primary pollutant in the Yangtze River Delta.

Ke ywords Ozone; Yangtze River Delta; Ozone precursor; PM2.5; AQI

長江三角洲地區是中國東部地區空氣污染最嚴重地區之一，近地面臭氧成為該地區首要污染物，近年來臭氧重污染濃度和天數呈增長趨勢[1]。環境狀況公報顯示，長三角是臭氧增長最顯著地區[2]。臭氧是光化學煙霧重要產物，其前體物來源在長三角有其獨特性，包括人為源和自然源、本地源和外地輸送交互作用。臭氧生成存在著較復雜非線性，其前體物（NOx和VOCs）濃度比例不同決定了臭氧濃度。研究發現，臭氧濃度還受氣溶膠濃度影響，此外天氣條件也影響臭氧濃度變化，越來越嚴重的臭氧污染不僅影響長三角地區發展，同時嚴重危害人類健康。

1 數據來源分析

利用國家環保局監測站污染物（臭氧、PM2.5、NOx、VOCs、CO等）觀測數據和空氣質量指數AQI，分析長三角地區2013—2018年臭氧濃度時空分布現狀。系統分析上海地區、江蘇省13個地級市（南京、無錫、徐州、常州、蘇州、南通、連云港、淮安、鹽城、揚州、鎮江、泰州和宿遷），以及浙江省11個地級市（杭州、寧波、溫州、嘉興、湖州、金華、衢州、舟山、臺州、麗水和紹興）臭氧、PM2.5與AQI污染指數時空變化特征，以及臭氧與PM2.5、氣體污染物（NO2、CO）和AQI指數關系。

2 結果與討論

2.1 AQI時空變化

2.1.1 AQI優良率 分析長三角各地區（江蘇、上海和浙江）2014—2017年AQI指數六個級別污染天數占比，江蘇、上海和浙江三地區每年空氣質量多為優良天數。4年中空氣質量優良天數，江蘇地區2017年較2014年AQI優良率增長25.5%，空氣質量逐漸轉好;上海地區2015年時空氣質量較差，出現過2 d嚴重污染，重度污染天數也高于其他年份，2017年較2014年AQI優良率增長14.0%，空氣質量大體呈轉好趨勢;浙江地區2017年較2014年AQI優良率增長14.9%。總體上，江蘇地區優良率最低，但增長最快，浙江地區較江蘇和上海地區空氣質量要好。

2.1.2 AQI空間變化 長三角地區2014—2017年AQI空間變化上，沿海地區城市空氣質量好于內陸城市，可能與內陸地區高濃度排放有關，此外沿海環流形勢更易于污染物擴散，從時間變化看，2017年明顯好于2014年，空氣質量逐漸好轉[3]。

2.2 污染物時空變化特征

2.2.1 臭氧時空分布特征 分析2013—2018年三個地區地級市臭氧日最大8 h濃度平均值變化（圖1～3），上海地區2013—2017年均濃度最高，為71.54 μg m-3，浙江地區年均濃度為60.07 μg·m-3。臭氧濃度在三個地區都存在明顯季節變化，夏、春季較高，冬季較低。2013—2017年中，江蘇和上海地區夏季平均臭氧濃度最高，分別為79.82 μg·m-3、84.41 μg·m-3;浙江地區春季濃度最高，為71.30 μg·m-3;三個地區冬季臭氧濃度均低于其他三季，分別為40.61 μg·m-3、45.87 μg·m-3、40.40 μg·m-3。

對長三角各地區2014—2017年臭氧年均濃度變化趨勢分析得出，江蘇地區呈增長趨勢，2017年較2014年增長17.75 μg·m-3，增長率34.6%;上海地區2015年臭氧濃度略高于2016年，大體呈年增長趨勢，2017年較2014年增長10.58 μg·m-3，增長率為15.8%;浙江地區臭氧濃度2014—2016年基本不變，2017年較2014年增長6.17 μg·m-3，增長率10.6%。江蘇地區增長最快，2017年上海地區臭氧濃度最高，為77.6 μg·m-3。

從長三角各地區2014—2017年四季臭氧濃度變化看，江蘇地區冬季臭氧濃度2014年為35.43 μg·m-3，2017年增為48.32 μg·m-3;春季臭氧濃度2014年為70.76 μg·m-3，2017年增長為89.23 μg·m-3;夏季臭氧濃度2014年為72.56 μg·m-3，2017年增長為85.53 μg·m-3;秋季臭氧濃度2014年為55.45 μg·m-3，2017年增至56.78 μg·m-3。

上海地區冬季臭氧濃度2014年為41.17 μg·m-3，2017年增長為52.11 μg·m-3;春季臭氧濃度2014年為80.29 μg·m-3，2017年增至89.35 μg·m-3;夏季臭氧濃度2014年為72.82 μg·m-3，到2017年增至97.33 μg·m-3;秋季臭氧濃度2014年為72.85 μg·m-3，2017年增至71.03 μg·m-3。

浙江地區冬季臭氧濃度2014年為35.94 μg·m-3，2017年增至45.44 μg·m-3;春季臭氧濃度2014年為66.75 μg·m-3，2017年增為78.72 μg·m-3;夏季臭氧濃度2014年為66.17 μg·m-3，2017年增至70.69 μg·m-3;秋季臭氧濃度2014年為62.23 μg·m-3，2017年增至61.54 μg·m-3。

分析2014—2017年長三角地區地級市年均臭氧日最大8 h濃度空間變化得出，2014—2017年臭氧濃度普遍升高。2014年臭氧濃度，沿海地區較高而內陸地區較低，這可能與內陸城市受光化學反應、氣象條件、污染物輸送和擴散影響等;到2017年大部分城市臭氧濃度普遍較高，較2014年污染明顯增加。

本研究還統計了長三角各地區臭氧濃度≥100 μg m-3天數，江蘇地區13個地級市2014—2017年高濃度臭氧天數明顯增加，2017年較2014年增加77.14%;上海地區高濃度臭氧天數大體呈增長趨勢，2017年較2014年增加147.22%，上海地區高濃度臭氧天數最多且增長最快;浙江地區11個地級市2016年高濃度臭氧天數比2015年時要低，2017年較2014年增加34.48%。

2.2.2 PM2.5時空分布特征 分析長三角各地區2014—2017年PM2.5年平均濃度變化趨勢得出，江蘇、浙江地區PM2.5濃度下降趨勢明顯;上海地區PM2.5濃度總體先增長后下降。2017年PM2.5濃度江蘇地區最高，為47.73 μg·m-3，江蘇地區在三個地區中下降最快。

長三角各地區地級市2014—2017年PM2.5年平均濃度空間變化分析，PM2.5污染情況從2014—2017年明顯轉好，呈下降趨勢。沿海地區PM2.5濃度比內陸低，可能與沿海地區相對濕度較高原因有關，此外沿海地區大氣擴散和大氣邊界層變化較穩定，利于污染物疏散。

2.2.3 臭氧與PM2.5關系 分析江蘇、上海及浙江等三地區2013—2018年臭氧日最大8 h濃度平均值與PM2.5關系得出，2013年2018年臭氧與PM2.5日平均濃度最低和最高值出現季節不同。江蘇、上海和浙江地區最高濃度臭氧在每年的夏季，對應的PM2.5濃度較低，臭氧是夏季長江三角洲主要污染物;高濃度PM2.5值一般出現在每年冬季，而此時期臭氧濃度較低。

分析三個地區2014—2017年四季臭氧與PM2.5日平均濃度相關性得出，江蘇和上海地區臭氧與PM2.5濃度在夏季呈正相關，相關系數為0.4181、0.4442，冬季呈負相關，相關系數-0.3656、-0.3825，春、秋季呈負相關，但相關性不明顯;浙江地區臭氧與PM2.5濃度夏季呈正相關，相關系數0.6086，冬季呈負相關，相關系數-0.1548，春、秋季呈正相關，但相關性不明顯。冬季隨著灰霾污染逐漸得到控制，PM2.5濃度減少，將會帶來臭氧濃度增加，這可能是因為高濃度PM2.5對陽光有遮蔽作用，從而降低臭氧前體物光化學反應，導致臭氧濃度降低。

2.2.4 臭氧與NO2 NO2很大程度上影響著臭氧濃度變化。2013—2018年長三角各地區臭氧與NO2日平均濃度最低和最高值出現季節不同;江蘇、上海和浙江地區高濃度臭氧出現在每年夏季，該月份相對應NO2濃度較低。高濃度NO2值一般在每年冬季。

分析長三角各地區2014—2017年臭氧與NO2相關系數，江蘇、上海和浙江地區臭氧與NO2濃度在夏季呈正相關，相關系數分別為0.4298、0.1971、0.2075，冬季呈負相關，相關系數分別為-0.4996、-0.6406、-0.5708，春、秋季也呈負相關。

2.2.5 臭氧與CO 分析長三角各地區2014—2017年臭氧日最大8 h濃度與CO日平均濃度關系得出，江蘇、上海和浙江地區高濃度臭氧出現在每年夏季，而該月份相對應CO濃度較低，高濃度CO值一般出現在每年冬季。

分析長三角各地區2014—2017年臭氧與CO相關系數得出，江蘇、上海和浙江地區臭氧與CO濃度在夏季呈正相關，相關系數分別為0.4664、0.2510、0.3072，冬季及春、秋季均呈負相關，其中冬季相關系數分別是-0.4084、-0.5585、-0.4222，春季分別是-0.1739、-0.3440、-0.3213，秋季分別為-0.2201、-0.2803、-0.3998。

2.2.6 臭氧與AQI 分析長三角各地區（江蘇、上海和浙江）2014—2017年臭氧濃度（≥100 μg·m-3）和與其所對應AQI的相關性得出，江蘇、上海和浙江三地區臭氧（≥100 μg·m-3）與AQI呈正相關，其中上海地區臭氧（≥100 μg·m-3）與AQI相關系數最高，為0.5108，江蘇、浙江兩地區分別是0.1498、0.3923，表明上海地區污染事件中，以臭氧為首要污染物天數較其他兩地區多，臭氧污染更嚴重。

3 結論

（1）江蘇、上海和浙江2014—2017年AQI大部分為優良天數，少部分天數出現中度、重度及嚴重污染。空氣質量以浙江最好，三個地區空氣質量均呈增長趨勢。江蘇地區優良率增長最快。三個地區空氣質量逐漸好轉，沿海地區較內陸地區空氣質量要好。

（2）2014—2017年長三角各地區臭氧濃度均呈增長趨勢，以上海地區最高，臭氧污染最嚴重。長三角各地區臭氧濃度普遍升高，沿海地區臭氧污染比內陸地區高。長三角各地區2014—2017臭氧濃度存在明顯季節變化，夏、春季濃度較高，冬季較低。長三角各地區2014—2017年臭氧濃度≥100 μg·m-3天數均呈增長趨勢，以上海地區最嚴重。

（3）2014—2017年PM2.5濃度長三角各地區均呈下降趨勢，以江蘇地區下降最快。長三角各地區PM2.5污染情況逐漸好轉，沿海地區PM2.5濃度比內陸地區低。

（4）臭氧與三個污染物最低和最高值出現季節不同。高濃度臭氧一般出現在夏、春季，該季節PM2.5和氣體污染物濃度較低。臭氧與PM2.5和氣體污染物（NOx和CO）相關性，夏季呈高度正相關，冬季呈負相關。冬季PM2.5濃度下降，臭氧濃度反而增加。

（5）長三角各地區臭氧濃度（≥100 μg·m-3）和與其所對應的AQI呈高度正相關。上海地區相關系數最高，為0.5108，說明臭氧對上海地區空氣質量影響較大。

參考文獻

[1] 單源源，李莉，劉瓊，等.長三角地區典型城市臭氧及其前體物時空分布特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：72–78.

[2] 劉芷君，謝小訓，謝旻，等.長江三角洲地區臭氧污染時空分布特征[J].生態與農村環境學報，2016，32（3）：445–450.

[3] 陳優良，陶天慧，丁鵬.長江三角洲城市群空氣質量時空分布特征[J].長江流域資源與環境，2017，26（5）：687–697.

責任編輯：黃艷飛