“十三五”期間撫順市臭氧污染特征及成因研究

閆家鵬

（遼寧省撫順生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧撫順 113006）

隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使得全國(guó)許多城市大氣污染類型逐漸由煤煙型污染向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。由于近地面臭氧濃度不降反升，臭氧已成為影響空氣質(zhì)量重要的污染指標(biāo)。城市大氣環(huán)境中的NOX，CO、VOCs等污染物大量排放，發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，形成城市光化學(xué)煙霧污染，這些物質(zhì)是臭氧生成的重要前體污染物。臭氧是光化學(xué)煙霧的特征污染物質(zhì)之一，研究城市近地面大氣環(huán)境中臭氧的特征變化成因，已成為全球范圍內(nèi)關(guān)注的環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域重要前沿課題。

“十三五”期間，臭氧作為撫順市首要污染物的比例，已經(jīng)與PM2.5和PM10相當(dāng)，應(yīng)對(duì)撫順市近六年的臭氧污染變化特征及成因進(jìn)行研究。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

撫順城區(qū)坐落于撫順西部渾河河谷沖積平原，呈東西走向，南北為山地，南北寬約6～8 km，東西長(zhǎng)約30 km，南北擴(kuò)散條件差。

撫順建有國(guó)控城市站6個(gè)，從西到東分布，分別是新?lián)釁^(qū)、望花區(qū)、東洲區(qū)、順城區(qū)、沈撫新城、大伙房水庫(kù)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中要求的包括臭氧在內(nèi)的6項(xiàng)基本污染物。

1.2 監(jiān)測(cè)方法和儀器

撫順市6個(gè)國(guó)控大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位臭氧，監(jiān)測(cè)使用儀器為美國(guó)熱電49i，校準(zhǔn)儀器為美國(guó)熱電49IPS的臭氧分析儀，采樣方法均為紫外光度法，采樣頻率為24 h連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，周期為2015～2020年全年。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1 臭氧為首要污染物的天數(shù)分析

2015～2020年，撫順市以臭氧為首要污染物天數(shù)分別為111、131、93、90、114、100 d。2016～2020年，撫順市以臭氧為首要污染物天數(shù)呈現(xiàn)U形逐步增加的趨勢(shì)。

2015～2020年，撫順市臭氧為首要污染物的占比分別為34.5%、40.6%、30.2%、31.8%、37.0%、34.4%。在6項(xiàng)污染物中，臭氧占比位居第二位，僅次于細(xì)顆粒物。

2015～2020年，撫順市臭氧污染天數(shù)變化情況：2016年為38 d，占比46.3%為近五年中最高值；2017年為22 d，占比24.4%為近五年中最低值。2017～2020年，撫順市臭氧污染物天數(shù)呈現(xiàn)逐步增加的走勢(shì)。

2015～2020年首要污染天數(shù)如圖1所示，臭氧污染天數(shù)即如圖2所示。

圖1 2015～2020年首要污染天數(shù)

圖2 臭氧污染天數(shù)及占超標(biāo)天比例

臭氧作為首要污染物的天數(shù)及占比，已僅次于細(xì)顆粒物，位居第二位。臭氧作為首要污染物主要集中在6～8月，臭氧已成為撫順市夏季大氣污染的首要污染物，夏季臭氧污染問(wèn)題突出。

臭氧為首要污染物天數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 臭氧為首要污染物天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 臭氧濃度變化特征分析

（1）年變化分析。

2015～2020年，撫順市臭氧濃度第90百分位數(shù)呈波動(dòng)狀態(tài)，2016年最高，超國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.02倍，2017年最低。

2015～2020年撫順市臭氧濃度第90百分位數(shù)如圖3所示。

圖3 2015～2020年撫順市臭氧濃度第90百分位數(shù)

2015～2020年，撫順市臭氧濃度第95和99百分位數(shù)逐年增加，其他百分位數(shù)濃度值基本上沒(méi)有變化，R值較小則表示為下降趨勢(shì)。臭氧濃度第99百分位數(shù)增速為4.61，第95百分位數(shù)增速為3.73，第90百分位數(shù)增速為-0.10，第75百分位數(shù)增速為-0.17，第50百分位數(shù)增速為0.17，第25百分位數(shù)增速為0.33，第5百分位數(shù)增速為0.18。

2015～2020年，撫順市臭氧濃度小于130 μg/m3的中、低濃度出現(xiàn)頻次逐年減少，130～290 μg/m3之間高濃度出現(xiàn)頻次逐年增加。

2015～2020年，撫順市臭氧濃度第95和第99百分位數(shù)逐年增加，第99百分位數(shù)增速最大，臭氧低濃度出現(xiàn)頻次減少，高濃度出現(xiàn)頻次增多。撫順市臭氧污染狀況呈現(xiàn)逐漸惡化趨勢(shì)，第5百分位數(shù)增速大于第50百分位數(shù)增速，撫順市背景濃度在逐年升高。

（2）月變化分析。

分析2015～2020年O3-1 h和O3-8 h濃度，撫順市臭氧月度變化呈現(xiàn)拱形，6月和7月有一個(gè)明顯峰值，11月～次年2月處于較低水平。

撫順市臭氧污染主要集中在5、6、7月，這是由于夏季溫度較高，光照及太陽(yáng)輻射均為全年最強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)在夏季最強(qiáng)烈。

（3）日變化分析。

分析2015～2020年O3-1 h各個(gè)時(shí)刻的算數(shù)平均值變化曲線可知，2015～2020年，撫順市O3-1 h各個(gè)時(shí)刻變化趨勢(shì)一致度較高，呈現(xiàn)明顯的單峰型，白天的濃度值從7：00開始上升，全日最高值出現(xiàn)在15：00，隨后開始下降，22：00～次日7：00維持在較低濃度。

2015～2020年O3-1 h各個(gè)時(shí)刻的算數(shù)平均值變化曲線如圖4所示。

圖4 2015～2020年O3-1h各個(gè)時(shí)刻平均值變化曲線圖

（4）空間變化分析。

2016～2020年撫順市臭氧（O3-8 h）年均值如表1所示。

表2 2016～2020年撫順市臭氧（O3-8h）年均值匯總

2016年，順城區(qū)、東洲區(qū)、望花區(qū)、沈撫新城臭氧（O3-8 h）年均值均超過(guò)空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2016、2018年最高值出現(xiàn)在望花區(qū)，分別為171 μg/m3和156 μg/m3；

2017年、2020年，最高值出現(xiàn)在大伙房水庫(kù)，分別為153 μg/m3和15 μg/m3；

2019年，最高值出現(xiàn)在沈撫新城為169 μg/m3，超過(guò)空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2016～2020年，臭氧（O3-8 h）年平均值從高向低排列分別為沈撫新城、望花區(qū)、大伙房水庫(kù)、東洲區(qū)、順城區(qū)、新?lián)釁^(qū)。

臭氧（O3-8 h）為首要污染物天數(shù)占全年監(jiān)測(cè)有效天數(shù)比例（%）從高向低排列分別為大伙房水庫(kù)、東洲區(qū)、沈撫新城、順城區(qū)、望花區(qū)、新?lián)釁^(qū)。

分析2016～2020年撫順城區(qū)臭氧（O3-8 h）濃度插值可知，撫順市臭氧濃度呈現(xiàn)城區(qū)東部和西部明顯高于城區(qū)中心的特點(diǎn)。

3 污染特征成因分析

3.1 與區(qū)域污染物排放總量有直接關(guān)系

分析2016～2020年各點(diǎn)位臭氧監(jiān)測(cè)結(jié)果，位于市區(qū)西部的沈撫新城、望花區(qū)臭氧濃度總體相對(duì)最高，其原因主要是望花區(qū)工業(yè)污染物排放總量較大。

由重點(diǎn)污染源在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，望花區(qū)涉氣重點(diǎn)污染排污單位、污染物排放總量，在撫順市6個(gè)區(qū)域中位列第一，污染物排放量占全市污染物排放總量50%以上。除此之外，沈撫新城點(diǎn)位監(jiān)測(cè)值高也可能受到沈陽(yáng)市污染物傳輸?shù)挠绊憽?/p>

3.2 與地貌特征和氣象條件有關(guān)

撫順城區(qū)呈東西走向，南北為山地，南北寬約6～8 km，東西長(zhǎng)約30 km，南北擴(kuò)散條件差。撫順城區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，城區(qū)南北地勢(shì)較高，污染物隨西南風(fēng)向東北方向擴(kuò)散，可能是形成東部臭氧較高的原因。

3.3 與臭氧形成機(jī)理有關(guān)

臭氧污染屬于二次污染，VOCS和氮氧化物等前提污染物在生成臭氧過(guò)程中，有明顯的傳輸性和滯后性。從城市中心擴(kuò)散到郊區(qū)的過(guò)程中，臭氧濃度逐漸升高，在空中滯留時(shí)間較長(zhǎng)，其原因可能是大伙房水庫(kù)（清潔地區(qū)）本身沒(méi)有明顯大氣污染排放，但上風(fēng)向大氣前體物和反應(yīng)中間體的輸送，導(dǎo)致較高的臭氧濃度的原因。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）2015～2020年，撫順市臭氧為首要污染物占比及污染天數(shù)，僅次于細(xì)顆粒物，位居第二位。臭氧作為首要污染物主要集中在6～8月，臭氧已成為撫順市夏季大氣污染的首要污染物，夏季臭氧污染問(wèn)題突出。

（2）2015～2020年，撫順市臭氧濃度第95和99百分位數(shù)逐年增加，其他百分位數(shù)濃度值基本沒(méi)有變化，說(shuō)明污染有加重的趨勢(shì)。

（3）2015～2020年，撫順市臭氧日、月變化，呈現(xiàn)明顯的單峰和拱形，趨勢(shì)一致性加強(qiáng)。

（4）分析2016～2020年撫順城區(qū)臭氧（O3-8 h）空間變化可知，撫順市臭氧濃度呈現(xiàn)城區(qū)東部和西部濃度偏高、城區(qū)中心濃度低的特點(diǎn)。

（5）臭氧的形成與工業(yè)企業(yè)及機(jī)動(dòng)車尾氣排放的NOX、CO、VOCs等污染物具有密切聯(lián)系，有效控制降低污染物的排放量是治理臭氧污染的關(guān)鍵。