西南地區中小城鎮臭氧污染特征與前體物及氣象因子關系的研究
——以昌寧縣為例

楊 惟

（保山市生態環境局昌寧分局生態環境監測站，云南 保山 678100）

“十三五”期間污染防治攻堅戰如期完成任務，“十四五”將繼續加強污染防治和生態建設，O3成為“十四五”時期大氣污染治理重點，并提出細顆粒物和臭氧的協同控制[1]。近年來，O3污染在全國不斷加劇，成為僅次于PM2.5影響優良天數的重要因素，由其是京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原、蘇皖魯豫交界地區等區域是我國O3較重的地區，分析O3污染形成機制、污染特征和來源、影響因素及監測預報等，成為各大城市研究的重點。國內外相關專家學者對人口密集，空氣污染較為嚴重的典型城市研究較多，對中小城市O3污染的研究少，然而我國城市O3的形成機理及污染影響因素由于氣候、地表植被類型、城市發展規模及南北地域差異不盡相同[2]。

昌寧縣是云貴高原西南邊陲的中小城市，地處北回歸線以北，瀾滄江上游，滇西橫斷山系南延，氣候類型屬亞熱帶季風高原山氣候，因海拔高差較大，立體氣候明顯，干濕季節分明，昌寧縣城位于田園鎮，處于縣域中部的一個壩區，壩區海拔1 650 mm，瀾滄江流域支流右甸河在壩區中央由北向南流過，縣城城區位于右甸河兩側的平壩和坡地上。昌寧城市景觀風貌以山水田城相互呼應、城鎮村落自然融合、文化自然和諧共生、田園與城市相互交融的特點。建成區面積9.3 km2，田園鎮人口61 474人。相較于大城市而言，昌寧縣擁有獨特山地地形和典型中低緯度高原盆地城市分布特征，且大氣環境較為清潔，為保護這一良好的生態環境背景。本文通過分析昌寧縣O3濃度與前體物及常規氣象因子（氣溫、相對濕度、風速）的相關性，為生態環境管理部門提供開展環境空氣質量治理工作提供一定的借鑒和參考。

1 數據來源

本研究污染數據及同期的氣象數據使用縣城內省控點空氣自動站2018—2020年監測數據，對O3的日評價以O3小時濃度為評價指標，月評價則以日最大8 h滑動平均值為評價指標。

依據《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）和《環境 空氣質量（AQI）技術規定》（試行）（HJ 633-2012），O3最大8 h滑動平均值是指連續8 hO3平均濃度的算術平均值，也稱8 h滑動平均[3-5]。

2 O3污染特征分析

2.1 昌寧縣空氣質量O3污染概況

昌寧縣總體空氣質量良好，在2018—2020年O3為首要污染物有226 d，O3和PM10為首要污染物1 d，首要污染物為PM10有18 d，首要污染物為PM2.5有16 d。由此可以看出O3污染與顆粒物污染相比較，O3污染比較突出。

2.2 O3濃度日變化特征

根據2018—2020年不同時刻的O3小時數據平均濃度值變化分析（圖1），O3呈明顯單峰型分布，O3最高值出現在15:00—17:00，最低值則出現在每天8:00左右，與宋雪燕等[4]分析云南省臭氧污染特征相似。

圖1 O3濃度日變化特征

2.3 O3濃度月變化特征

根據圖2各月O3日平均濃度值數據變化分析。近3年，昌寧縣O3濃度分布曲線呈單峰型，3—4月最大，7月最小。若以春季為 3—5月，夏季為6—8月，秋季為 9—11月，冬季為12月至—次年2月為季節劃分，昌寧縣O3濃度在春季最高，冬季有升高趨勢，與我國大部分地區夏秋季O3濃度高不同[5]。因昌寧縣降雨一般集中在5—10月[6]，且雨量充沛，夏季光輻射強度雖然較強，但由于降雨的濕清除作用，有利于污染物清除，故O3濃度較低。

圖2 O3濃度月變化特征

2.4 O3與前體物CO、NO2關系分析

城市中大部分O3來源于NOx、CO和VOCs等前體物在合適的氣象條件下反應生成[7]。HO2-和RO2-氧化NO產生NO2，NO2通過光化學反應生成O3，NO2作為O3的前體物，其濃度大小與O3濃度關系密切[8]。根據圖3表現出前體物（NO2、CO）與O3出現相反的變化規律，及在前體物（NO2、CO）峰值出現后約5 h出現O3濃度峰值，可以說明前體物光化學反生成O3。圖4可以看出，冬季由于太陽直射南回歸線，光輻射強度較弱，O3前體物以積累作用為主，進入春季太陽直射點北移，光輻射強度增大，加之前體物充足，因此，3～4月易出現O3濃度峰值[9]；雨季前體物濃度較低，7月出現低俗。

圖3 O3濃度與前體物日變化特征

圖4 O3濃度與前體物月變化特征

3 O3濃度變化與氣象因子關系分析

3.1 O3濃度與氣溫的關系

由圖5可見，兩者變化的相呈正關性，日變化曲線中O3濃度與氣溫呈正相關性。

圖5 O3濃度與氣溫日變化特征

3.2 O3濃度與風速的關系

由圖6可見，日變化曲線中O3濃度與風速大致呈正相關。昌寧縣年平均風速約為2 m/s，微風有利于污染物的輸送，前體物累積效應會造成O3濃度的增大。

圖6 O3濃度與風速日變化特征

3.3 O3濃度與相對濕度的關系

由圖7、圖8可見，O3濃度與相對濕度大致呈負相關，當相對濕度>80%時，光化學反應隨相對濕度增大而減小，相對濕度在55%～72%之間時，有利于O3生成。相對濕度對O3的作用主要分兩種，一種是通過濕沉降作用直接引起污染物減少、濃度降低，另一種是通過影響近地面太陽輻射從而間接抑制O3生成[7]。

圖7 O3濃度與濕度日變化特征

圖8 O3濃度與濕度月變化特征

相對濕度偏大與降雨量有一定的相關性外，昌寧縣冬季在降雨量較小的情況下濕度仍然較高，這于昌寧縣冬季大霧的典型的氣候有關。

4 結論

①O3濃度日變化呈單峰形，日最大濃度集中出現在15:00— 17:00；月峰值出現在3～4月（春季）[10]。

②前體物CO和NO2對O3生成具有重要貢獻，在日變化規律中呈反相關關系，不同季節O3濃度與前體物CO和NO2濃度光化學反應、干濕沉降等條件有關。

③昌寧縣O3濃度與氣溫、風速呈顯著正相關性；與相對濕度呈現顯著負相關。

④區域的大氣環境質量主要受污染物排放量和大氣環境容量的影響，在排放量變化不大的情況下，氣象條件對空氣質量起主導作用。