濰坊市中心城區臭氧變化分析

山東省濰坊生態環境監測中心 徐偉紅，肖泱

雖然臭氧(O3)在大氣中的含量不是特別高，但由于其氧化性較強，地面高濃度的O3不僅會導致植物生長異常，還會對人體造成較大的危害。很多研究表明，O3對呼吸道損害較大，不僅可能引發哮喘、胸悶、咳嗽、肺功能減弱導致肺組織受損，甚至還會損害神經系統，激發頭痛進而使思考能力下降[1-3]。近年來，隨著城鎮化步伐的加快，城市中的光化學污染逐漸加劇，加之O3作為首要污染物的時間逐漸增多，O3污染逐漸成為人們關注的焦點，并在很多地區也已成為環境空氣污染的首要因素[4]。

當前，國內外對O3的來源、成因、以及各種氣象及地形條件對O3的影響，控制治理措施等方面進行了大量的研究工作[5]。為系統性地了解濰坊市區近年來O3的污染規律，本文利用2015-2020年濰坊市區內5個地面環境空氣質量自動監測站點的O3監測數據，總結了濰坊市中心城區O3的變化趨勢，并分析了O3與其他污染物如溫度、降水等的變化關系，為濰坊市區的環境治理決策以及大氣污染防治工作提供技術和理論支持。

一、數據來源與研究方法

（一）數據來源

“十三五”期間，濰坊市在市區不同的行政區域內，共布設5個地面環境空氣質量自動監測站點（國控點），分別為市環保局、濰坊醫學院、濰坊七中、坊子郵政、寒亭監測站。5個國控點分布對城市環境空氣中的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）等6項常規污染物的濃度變化和氣溫、氣壓、濕度、風速、風向等氣象參數進行實時、不間斷地監測。本文所采用的O3及其他污染物數據均來自濰坊中心城區5個國控站點，時間跨度為2015-2020年，氣象數據來源于濰坊市氣象常規觀測資料。

（二）評價方法

“十三五”期間，濰坊市全部空氣站均開展了常規的六種參數 監 測，即SO2、NO2、O3、CO、PM10、PM2.5，評價標準執行《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）[4]及其修改單，即SO2、NO2、O3、CO、NOX等氣態污染物濃度以參比狀態下的濃度評價，PM10和PM2.5濃度為監測時大氣溫度和壓力下的濃度。依據《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）[6]和《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ663-2013）[7]，臭氧的日評價指標為日最大8小時平均濃度（用“O3-8h”表示），年評價指標為日最大8小時滑動平均值的第90百分位數（用“O3-8h-90per”表示）。當“O3-8h”高于160ug/m3時，空氣質量達到輕度污染級別[8]。

二、結果與討論

（一）O3年變化特征分析

《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ633-2012）[8]中規定當AQI（空氣質量指數）大于50時，IAQI（空氣質量分指數）最大的污染物為首要污染物，IAQI大于100的污染物為超標污染物。圖1顯示的是2015 -2020年濰坊市中心城區O3作為首要污染物的變化情況。由圖可見，O3作為首要污染物的累計時間總體呈現出增加的趨勢，在最近兩年出現略微緩降。除2016年外，其他年份以O3為首要污染物的累計時間均在100天以上，2018年更是達到了135天，因此O3顯然成為濰坊市環境空氣質量的主要影響因子之一。

圖1 濰坊市中心城區2015 -2020年O3為首要污染物累計時間

濰坊市中心城區O3污染狀況如表1所示，其中O3超標天數占全年污染天數的百分比由2015年的35.33%快速增長至2020年的46.46%，共增加11.13個百分點，并在2020年時與PM2.5占全年污染天數的比例基本持平，O3近幾年超標比例持續上升，已成為僅次于PM2.5的大氣污染重要影響因素。

表1 濰坊市中心城區2015-2020年O3污染狀況

（二）月和季節變化特征分析

據2015-2020年濰坊市中心城區“O3-8h”濃度變化情況分析，“O3-8h”濃度受季節變化的影響顯著，呈現明顯的倒V形分布，一年中，“O3-8h”濃度整體表現出夏季最高，春秋次之，冬季最低，與氣溫和太陽輻射強度的氣候規律相一致。O3污染的影響時間較長，主要發生在5-10月份，其中6-8月份超標嚴重，同時O3高值范圍不斷擴大，表明O3持續性污染范圍增多。

（三）臭氧與其他污染物的關系

1.臭氧與顆粒物

圖2為濰坊市中心城區2015-2020年O3和顆粒物月均質量濃度的變化關系。如圖2所示，夏季顆粒物濃度較低，但O3污染較為嚴重；冬春季因為氣候干旱及燃煤供暖的影響，顆粒物濃度較高，而此時O3濃度較低。整體來看，一年中O3與顆粒污染物表現出大致相反的變化趨勢。

圖2 O3與顆粒物濃度關系

2.臭氧與氮氧化物

臭氧生成的重要前體物有NOX和VOCS等[9]。由于數據資料有限，本文僅討論NO2等前體物與O3濃度的關系。圖3顯示出濰坊市中心城區2015-2020年NO2月均濃度與O3變化趨勢相反，呈負相關性，即隨著NO2濃度的增加，O3濃度反而會降低。分析其原因，主要是由于太陽輻射較強的夏季，有利于光化學反應的進行，前體物的消耗相對較多，從而生成較多的O3；而冬季則相反，前體物消耗減少，因此生成的O3也相應較少[10]。

圖3 O3與NO2濃度關系

（四）臭氧與溫度、降水量的相關性分析

氣溫、相對濕度等氣象因素是影響O3濃度的主要因素之一[11-12]。由圖4可以看出，臭氧和溫度呈現顯著正相關（相關系數0.7358）的變化趨勢，氣溫升高加劇了光化學反應的發生，產生的O3濃度對應變高。O3年變化總體呈現“雙峰型”的特點，在6月時O3濃度逐漸達到峰值，而在7-8月降水較多時，O3濃度比6月份反而有所降低，但總體水平仍然較高，雨季過后至9月份時又會出現一個峰值，進入10月份之后又逐漸下降。這是因為濰坊處于季風氣候的影響下，降水主要集中在7、8月份，由于降水過程對太陽輻射有一定的抑制作用，從而減弱了光化學反應的發生，同時降水導致的濕沉降也有效減少了O3的產生[13]。

圖4 氣溫與臭氧濃度相關性分析圖

三、結論

（1）濰坊市中心城區2015-2020年的臭氧污染呈總體增加的趨勢，O3超標天數占全年污染天數的百分比持續增加，O3成為僅次于PM2.5的環境污染源。

（2）從季節看，濰坊市中心城區O3超標的現象主要集中在5-10月份，6-8月份O3超標最嚴重。O3對大氣污染的貢獻時間較長。

（3）O3與其他污染物如顆粒物、前體物NO2在一年中表現出大致相反的變化趨勢，這與溫度、太陽輻射等因素有密切關系。

（4）O3和溫度呈現顯著正相關的變化趨勢。7、8月份的集中降水過程削弱了光化學反應的發生，有效地減少了O3的產生。