2016-2018年江油市臭氧變化特征分析

邱國華

（綿陽市江油生態環境監測站 四川綿陽 621010）

引言

隨著我國大氣污染防治措施的日趨加重，顆粒物濃度呈逐漸下降趨勢[1]，但是近地面臭氧（O3）污染問題逐漸凸顯[2]，尤其是春、夏季臭氧成為部分城市環境空氣超標的首要因子，并且臭氧質量濃度逐年上升。2016 年至2018 年[3]全國338 個城市O3日最大8 小時平均第90 百分位數濃度平均值分別為138μg/m3、149μg/m3和151μg/m3。根據環境質量公報，2019 年，全國以臭氧為首要污染物的超標天數占總超標天數的41.8%，僅次于PM2.5（占比45%），臭氧成為夏季大氣污染防治的重點。

針對臭氧質量濃度變化特征、污染規律不同區域或地區進行了系列研究，易睿等對[4]長江三角洲地區2013 年臭氧質量濃度進行分析，25 個城市中已有4 個城市超過 《環境質量標準》（GB3095-2012）中二級濃度限值。河南省[5]臭氧季度濃度變化特征為 夏 季（153μg/m3）、春季（126μg/m3）、秋季（90μg/m3）和冬 季（63μg/m3），同時豫西和豫北地區的洛陽、鶴壁、安陽和焦作等地臭氧超標尤為明顯。北京市[6]臭氧5-8 月也維持在相對較高濃度，質量濃度呈現單峰型分布，15-16 時出現峰值，同時臭氧具有明顯的“周末效應”。四川省[7]17 個地（市）2015-2018 年臭氧濃度也呈現升高趨勢，春末及夏季污染最為嚴重，同時高值區域由成都平原地區向川南地區和川東北地區延伸。目前，已有的研究主要針對京津冀及周邊、長三角地球、珠三角地區和汾渭平原等，川渝地區主要圍繞成都、重慶等典型城市開展相關分析，其余城市研究偏少。

江油市位于四川盆地北部、成渝經濟區北端，幅員面積2719平方公里，總人口88 萬，城市建成區面積50 平方公里。江油市以平壩和丘陵地貌為主，西北部多山地，東南部為平原和丘陵，江油市屬亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明、降水豐沛、熱量充足、無霜期長，冬春常有旱象，夏秋易發洪澇。江油市是我國重要的能源基地，冶金基地和建材基地，2018 年全市實現地區生產總值428 億元。目前，江油市臭氧污染形勢也是日趨嚴重，但是關于臭氧變化特征及污染形勢分析研究較少，本研究利用2016-2018 年江油市臭氧實時監測數據，進行年際、季度、月份和小時質量濃度變化特征分析，確定該地區的環境空氣質量變化規律，同時提出臭氧污染防控的措施，為后期臭氧管控和污染防治提供技術支撐。

1 數據來源及評價

2016-2018 年臭氧自動監測數據來自于空氣自動監測站實時監測數據，其中臭氧為標準狀態下（大氣溫度為273K，大氣壓力為101.325kPa）濃度。按照 《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）和《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ663-2013）相關規定對臭氧（O3）進行計算和評價，臭氧日均評價為O3的日最大8 小時滑動平均濃度（O3-8h），臭氧月濃度、季度濃度及年濃度分別取O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數。季節劃分為春季3-5 月，夏季6-8 月，秋季9-11 月，冬季12-2 月。

2 結果與討論

2.1 年際質量濃度

2016-2018 年江油市O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數分別為96μg/m3、111μg/m3和142μg/m3（圖1）均滿足《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中臭氧日最大8 小時平均二級濃度限值，但是臭氧濃度整體呈現快速增長趨勢。從首要污染物進行分析，2016 年江油市首要污染物為O3僅11 天，同時全部為良，2017 年增加至44 天，但2018 年江油市出現了O3超標污染，其中輕度污染14 天、中度污染2 天（圖1）。四川省[8]2016-2018年21 個地（市、州）的O3日最大8 小時滑動均值第90 百分位數分別為132μg/m3、140.5μg/m3和144.4μg/m3，江油市年際O3濃度雖然低于四川省，但江油市臭氧年濃度增長速率超過四川省，同時我國背景站也表現為相同的增長趨勢，主要是受全球氣候變暖、人為污染排放量及區域大范圍傳輸等因素影響[9]。由于臭氧主要是由NOx和揮發性有機物（VOCs）等前體物通過復雜的光化學反應二次轉化生成，為了控制臭氧質量濃度，2016-2018 年江油市嚴格執行“減排、壓煤、抑塵、治車、控秸”五大工程，對境內的火電廠、水泥廠等主要氮氧化物排放企業進行了超低排放改造，同時淘汰燃煤小鍋爐。對企業開展揮發性有機物專項排查和違法整治，對移動源和非道路移動機械源開展登記和排查，淘汰黃標車，聯合其他部門進行機動車尾氣檢測。雖然進行了大量的臭氧防控工作，但是臭氧質量濃度仍然呈現快速增長趨勢，臭氧污染防治需加快產業結構調整，落后產能淘汰，繼續減排揮發性有機物和氮氧化物等前體物。

圖1 2016-2018年江油市O3年際濃度變化和首要污染物次數統計結果

圖2 江油市2016-2018年O3季度濃度變化

2.2 季度質量濃度

2016-2018 年江油市O3季度質量濃度變化見圖2，由圖可知2016 年O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數濃度變化表現為夏季＞秋季＞冬季＞春季，2017 年為夏季＞春季＞冬季＞秋季，2018 年為春季＞夏季＞冬季＞秋季。顯然夏季O3質量濃度較高，主要是夏季溫度較高，平均日照時數長，光輻射強度高，同時風力較弱，不利氣象條件更有利于加速氮氧化物和揮發性有機物進行光化學反應生成臭氧。2018 年春季O3濃度高于夏季，主要是2018 年夏季江油市降雨量為1520.4mm，明顯高于春季（238.4mm），同時春季平均日照時數（482h）和夏季（483h）基本相同，使得2018 年春季O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數濃度高于夏季。冬季和秋季受亞熱帶季風濕潤氣候和丘陵地形地貌共同作用影響，氣溫較低，平均日照時數短，不利于前體物進行光化學反應生成臭氧，顯然春季和夏季屬于江油市臭氧污染防治的重要時間段。上海市[10]2010-2016 年冬季O3濃度也相對于其他3 個季節最低，但質量濃度也整體表現為逐年升高的趨勢。

2.3 月質量濃度

2016-2018 年江油市O3和NO2每月質量濃度變化曲線見圖3，由圖可知O3日最大8 小時滑動均值的第90 百分位數濃度均表現為相似的變化趨勢，1-7 月O3質量濃度呈現快速增長的趨勢，8-12 月呈現快速下降的趨勢。NO2整體變現為相反的變化趨勢，1-7 月NO2月均質量濃度緩慢下降，7 月份達到最小值，隨后NO2月均質量濃度呈現增長趨勢。主要是江油市冬季時間較短，3 月份后氣溫回升較為明顯，同時平均日照數增加，光輻射強度增強，氮氧化物能夠參與光化學反應被消耗[11]，使得O3質量濃度逐漸升高，NO2逐漸下降，6-8 月江油市溫度較高，所以反應生成的O3質量濃度較高，使得NO2濃度達到最低，9 月份后江油市氣溫開始逐漸下降，光輻射強度減弱，O3的二次生成減少，質量濃度整體也對應呈下降趨勢，NO2由于反應消耗較少質量濃度呈增加趨勢。另外，每年1-6 月對應的O3整體表現為逐漸升高的趨勢，主要是隨著全球變暖和溫室效應，溫度呈現逐漸升高的趨勢，有助于O3的二次轉化生成。

圖3 2016-2018年江油市O3和NO2每月濃度變化

圖4 2016-2018年江油市O3和NO2小時平均濃度變化

2.4 小時質量濃度

圖4 為2016-2018 年江油市O3和NO2的小時平均濃度變化曲線，由圖可知，2016-2018 年江油市O3小時平均濃度表現為相同的變化特征，1-8 時O3小時濃度相對穩定，9-16 時O3小時平均濃度表現為非線性快速增長，在16 時O3小時濃度達到最大值，17-24 時O3小時平均濃度也表現為非線性快速下降趨勢。NO2小時濃度變化趨勢與O3完全不同，整體表現為“雙波峰”，受上班早高峰生活源和機動車尾氣的排放，對應的氮氧化物質量濃度增加，09 時達到峰值，隨著光照增加，溫度升高，相對濕度降低，大氣化學反應活躍，氮氧化物和揮發性有機物能夠快速進行化學反應生成O3，使得O3進行累積。氮氧化物由于參與化學反應被消耗而迅速下降，在15 時或16 時達到最低值，而O3達到最高值。17 時后雖然受下班晚高峰機動車及生活源排放增加，但光輻射輕度減弱，溫度降低，O3二次轉化生成減弱，同時受NO滴定作用，部分O3被快速消耗，使得O3濃度較低，而NO2進行快速積累，質量濃度升高。2016 年O3小時平均濃度最低，而2018 年的O3小時平均濃度最高，對于臭氧小時濃度最大值2016-2018 年均為16 時，同時峰值在逐年增加，2016 年的16 時為60μg/m3，2018 年增加為95.4μg/m3。

3 防控措施及建議

隨著大氣污染防治措施的持續推進，我國生態環境質量持續改善，但生態環境保護仍面臨著嚴峻的形勢，尤其是臭氧污染防治。近地面臭氧污染防治是目前面臨的主要難點之一，需結合當地產業結構和臭氧變化特點因地制宜，提出對應的管控措施和建議。結合江油市產業結構、地域特點和臭氧的質量現狀、污染特征，需注重如下管控措施：

（1）在產業結構調整方面。按照政府統一規劃，繼續加大產業結構調整，優化產業布局，推動產業轉型升級，實施企業清潔生產技術改造，全力推進新能源、節能環保產業、新材料產業和高端裝備制造業等，大力推行新能源車，淘汰黃標車，加強柴油貨車和非道路移動源管控。對涉揮發性有機物的石化、化工、工業涂裝、塑料制品等行業進行調整或轉型升級，對涉氮氧化物的火電、水泥、玻璃和燃煤鍋爐等進行超低排放改造或淘汰落后產能。

（2）加強前體物削減，強化O3和顆粒物協同管控。氮氧化物和揮發性有機物既是光化學反應生成O3的前體物，也是PM2.5中二次組分的主要前體物，為了控制O3和顆粒物，需要結合O3和顆粒物來源解析結果，針對性的加強對氮氧化物和揮發性有機物等前體物的削減。同時，大氣中PM2.5 濃度顯著下降時，會導致光輻射增強，有利于O3生成，在進行大氣污染防治的需做到O3和顆粒物協同管控。

（3）加強重點區域、重要時段管控，要求錯峰生產，強化地域聯防聯控。江油市的臭氧高濃度值主要集中在春、夏季，需要加強對重要時段的管控，O3高值區域主要集中在12-19 時，結合環境空氣質量預測預報，對重點區域、重點行業提前強化減排措施，進行錯峰生產，同時由于相對濕度與O3小時濃度呈負相關，強化科學灑水降溫措施。另外，O3能夠在氣象條件下進行區域傳輸，并且污染具有區域性，為了整體降低O3質量濃度，除了調整產業結構、加強前體物管控外，還需要聯合周邊地（市、州）進行區域聯防聯控。

（4）強化科技支撐，建立監測網絡體系。目前單純的O3質量濃度監測只能反映變化特征，無法說明臭氧污染成因，為了做到精準防治需建立光化學監測網絡體系，確定揮發性有機物主要物種及高反應活性物種，同時借助源解析模型，確定O3形成機制，提出針對性的管控措施。另外需要加強對環境空氣或重點污染源揮發性有機物或氮氧化物進行走航監測分析，準確查找污染源，針對查找到的污染源進行及時管控，以減少人工查找污染源的時效性和不確定性。

結語

雖然我國顆粒物濃度逐年下降，但近地面臭氧污染問題逐漸凸顯，分析江油市臭氧濃度變化特征發現，江油市臭氧變化趨勢與全國基本相似，年際濃度逐年增加，并且具有明顯的季節性特點，春季和夏季臭氧濃度偏高，每日16 時左右出現峰值，并且峰值濃度也逐年增加。為減輕臭氧對環境和人體健康的危害，需結合江油市經濟現狀、產業結構、地域特點和臭氧污染特征，繼續加快產業結構調整，優化產業布局，推動產業轉型升級，同時加大氮氧化物和揮發性有機物等前體物的削減力度。另外，需注重科技手段，結合環境空氣質量預測預報，對重點區域、重點時段進行精準管控，要求企業錯峰生產，強化地域聯防聯控，以推動臭氧和顆粒物協同減排。