寧德市大氣臭氧污染現狀及影響因素

蘭 鐘

（福建省寧德環境監測中心站，福建 寧德 352100）

1 臭氧的背景

臭氧是一種淡藍色、有刺激性的氣體。臭氧分為“好的”臭氧和“壞的”臭氧，距離地面10至50千米高空的臭氧層，可以吸收紫外光線，保護人體不受侵害；近地面的高濃度臭氧會對人體健康產生嚴重的破壞作用，包括肺功能改變、呼吸道炎癥、氣道呼吸阻力增加等，會使哮喘等敏感人群癥狀加重甚至危及生命。臭氧污染無色無臭，靠人體本身基本無法感知[1]。臭氧還對植物、農產物和動物等存在一定的危害。

2 臭氧的來源

近地面的臭氧主要來源于光化學煙霧。光化學煙霧是汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在陽光（紫外光）作用下發生光化學反應生成二次污染物，參與光化學反應過程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有氣體污染物，也有氣溶膠）所形成的煙霧污染現象，是碳氫化合物在紫外線作用下生成的有害淺藍色煙霧[2]。其主要成分是臭氧（占90%左右）、過氧化酰硝酸酯、醛類、硫酸和氧原子等氧化物。世界上許多國家和地區對臭氧進行了長期連續的觀測，開展了光化學煙霧臭氧形成機制及其前體物排放的研究。研究發現近地面的臭氧形成與其前體物氮氧化物和揮發性有機物有很大關系。氮氧化物（NOx）的排放主要來自鍋爐燃燒、工業生產、機動車尾氣、加油站油氣揮發等方面。揮發性有機物（VOC）有兩類主要來源：天然源和人為源[3-4]。天然源排放的VOC以異戊二烯和單萜烯為主。人為源則十分復雜，可分為流動源、固定源和無組織源三大類。其中流動源包括與飛機、輪船及機動車等交通工具相關的VOC排放及非道路源的發動機排放；固定源包括化石燃料燃燒、廢棄物的焚燒、溶劑的使用、工業生產過程等；無組織源包括生物質的燃燒、溶劑的揮發等過程[5]。人為源最大的特點是多數與燃燒有關，如垃圾焚燒爐的運行和汽車尾氣等。

3 臭氧濃度日變化趨勢

通過分析寧德市蕉城區農機局國控監測點和市監測站國控監測點2017年6月臭氧濃度小時均值。可得出臭氧小時均值日變化規律十分明顯，呈單峰型變化規律。1～8時臭氧濃度處于較低水平且變化不大，7時臭氧濃度最低；9時臭氧濃度開始上升，16時達到峰值，17時臭氧濃度開始逐漸下降。一天中臭氧污染高峰時段在l2～l6時之間，低谷時段在0～8時之間[6]。說明臭氧濃度變化受太陽輻射的影響很大，臭氧是太陽輻射而形成的二次污染物。

4 臭氧濃度月變化趨勢

通過分析寧德市蕉城區農機局國控監測點2016年1～12月臭氧8小時監測值[7]看出，2016年1～4月寧德市臭氧月均濃度呈上升趨勢；5月臭氧月均濃度上升到最大值；6～12月臭氧月均濃度呈下降趨勢。寧德市臭氧月均濃度與臭氧月超標天數的變化趨勢較一致，3～6月臭氧月均濃度最高，臭氧超標天數也集中在3～6月。

5 臭氧相關影響因素分析

5.1 臭氧濃度與氮氧化物濃度日變化規律對比

圖1臭氧濃度和氮氧化物濃度數據采用寧德市蕉城區農機局國控監測點和市監測站國控監測點2017年6月小時均值，分析臭氧濃度與氮氧化物濃度的變化規律。

圖1 臭氧濃度與氮氧化物濃度日變化規律對比

由圖1可知：氮氧化物濃度峰型結構為雙峰型，第一峰值出現在上午8:00～9:00時，第二峰值出現在下午19:00～20:00時；O3濃度峰型結構為單峰型，下午16:00時達到峰值。結合實際情況分析，早間和晚間多為出行高峰，其中早間尤為嚴重，車流量密集、尾氣排放嚴重，再加上太陽輻射較弱，臭氧生成速率較低，氮氧化物未來得及消耗，堆積在大氣中。從9:00時開始隨著太陽光強的不斷增加，臭氧濃度不斷升高，至16:00時達到峰值。總體上看，臭氧出現峰值的時間比氮氧化物出現峰值的時間滯后約7個小時，此時再加上風速的改變和光化學反應的消耗等因素，氮氧化物濃度降到了最低值。晚間，太陽輻射降低，大氣中的光化學反應結束，隨著汽車尾氣排放的氮氧化物濃度增加，臭氧大量被消耗并生成氮氧化物，氮氧化物重新積累并再次出現峰位，臭氧濃度逐漸下降，并于次日7:00時左右達到最低值。氮氧化物與臭氧之間的相互轉化方程式如下：

NO2+hv=NO+O；02+0=03；NO+O3=NO2+O2

5.2 臭氧濃度與溫度日變化規律對比

圖2臭氧濃度和溫度數據采用寧德市蕉城區農機局國控監測點2017年6月小時均值，分析臭氧濃度與溫度變化的規律。

圖2 臭氧與相對溫度日變化特征

由圖2可知：O3濃度隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。這是因為臭氧在太陽照射下通過光化學反應由一次污染物反應生成，太陽輻射可以促進光化學反應的進行，有利于臭氧的生成。

5.3 臭氧濃度與相對濕度日變化規律對比

圖3臭氧濃度和相對濕度數據采用寧德市蕉城區農機局國控監測點2017年6月小時均值，分析臭氧濃度與相對濕度變化的規律。

由圖3可知：臭氧濃度與相對濕度呈負相關性，相對濕度達到最低值，臭氧濃度達到最高值。相對濕度指空氣中水汽壓與飽和水汽壓百分比，相對濕度的值顯示水蒸氣飽和程度，濕度較高時大氣中水汽影響太陽紫外輻射在光化學反應的作用，導致大氣光化學反應減弱，降低臭氧濃度。相對濕度高有利于臭氧的分解。

圖3 臭氧與溫度日變化趨勢圖

5.4 結論

臭氧的前體物氮氧化物基本是人為排放源，主要來自機動車尾氣、化石燃料燃燒，工業生產過程也會產生氮氧化物。氮氧化物在高溫、低濕、低風速、晴朗無云的情況下，易形成臭氧；低溫、高濕、少日照不利于臭氧的生成。現實中可能存在跨區域輸送（臭氧輸送和前體物輸送）或區域內生成（污染輸送或本地化學反應）等等條件都會導致臭氧污染的生成不易判斷。

6 臭氧污染防治建議

由上述分析可知臭氧污染與氮氧化物的關系密切，因此只有嚴格控制氮氧化物的排放，才能緩解臭氧污染加劇的趨勢。

6.1 建議成立市臭氧防控工作領導小組

由分管副市長任組長，適時出臺夏季臭氧污染防控方案，以重點行業和園區為主，全面實施氮氧化物、揮發性有機物綜合治理，從源頭上做好氮氧化物、揮發性有機物的減排工作。不定期檢查企業夏季臭氧污染防控措施情況，檢查企業氮氧化合物、揮發性有機物的排放現狀。堅決限制和淘汰落后產能，從環保、能耗、技術等方面制定嚴格的標準，解決污染問題。

6.2 企業要強化責任意識

企業作為節能減排的主體要切實做好節能減排工作，要加強設備更新改造，淘汰落后工藝，推動技術創新和產品提檔升級，保證達標排放，實現經濟效益與生態效益雙贏。

6.3 嚴格控制機動車尾氣排放

制訂傾向性政策，引導出行者合理性選擇對空氣質量有利的出行方式，形成可持續發展的城市交通需求模式和交通設施供給策略，如免費的公交系統、小黃車等。嚴格落實尾氣檢測制度，淘汰黃標車。加大重點區域督查力度，加強黃標車及老舊車路檢路查和執法力度，控制重型卡車等移動污染源。