2022年上半年徐州市臭氧污染特征分析

摘要：近年來(lái)，徐州市空氣質(zhì)量逐年改善，但進(jìn)入2022年，臭氧污染加重。截至2022年上半年，臭氧已成為影響優(yōu)良天的重要因素，而且呈現(xiàn)出超標(biāo)時(shí)間提前、污染持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。從造成臭氧濃度升高的原因來(lái)看，高溫、干旱等極端天氣加劇臭氧污染。大氣中較高的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）濃度促進(jìn)臭氧生成，VOCs化學(xué)組分及臭氧生成關(guān)鍵物種變化增加臭氧污染管控難度。

關(guān)鍵詞：臭氧；揮發(fā)性有機(jī)物；化學(xué)組分；關(guān)鍵物種

中圖分類(lèi)號(hào)：X515 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.043

Analysis of Ozone Pollution Characteristics in Xuzhou City in the First Half of 2022

ZHANG Hao， ZHANG Liuyan， LI Hui

（Xuzhou Environment Monitoring Center of Jiangsu， Xuzhou 221002， China）

Abstract： In recent years， the air quality in Xuzhou City has been improving year by year， but in 2022， ozone pollution has worsened. As of the first half of 2022， ozone has become an important factor affecting good days， and it has shown the characteristics of earlier exceeding the standard time and longer pollution duration. From the reasons for the increase in ozone concentration， extreme weather such as high temperatures and droughts exacerbate ozone pollution. The high concentration of volatile organic compounds （VOCs） in the atmosphere promotes ozone generation， and changes in the chemical composition of VOCs and key species of ozone generation increase the difficulty of ozone pollution control.

Keywords： ozone; volatile organic compounds; chemical composition; key species

隨著《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》的深入實(shí)施，我國(guó)大氣中細(xì)顆粒物（PM2.5）與可吸入顆粒物（PM10）的濃度逐年降低，2021年，徐州市PM2.5濃度達(dá)到歷史最優(yōu)水平。但是，隨著城市化和工業(yè)化的推進(jìn)，大氣污染逐漸呈現(xiàn)為煤煙型污染和光化學(xué)污染疊加的區(qū)域復(fù)合型污染，臭氧（O3）污染問(wèn)題日益突出[1-3]。2022年上半年，徐州市大氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天大幅減少，臭氧污染加劇。臭氧污染已成為制約環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率的第一因素。2022年

上半年，徐州市臭氧污染明顯加重，臭氧濃度同比升高17%，臭氧超標(biāo)天數(shù)比顆粒物（PM2.5、PM10）超標(biāo)天數(shù)之和多1 d，同比增加18 d，它首次取代PM2.5成為超標(biāo)最多的污染因子。

1 臭氧污染特征

1.1 臭氧污染已成為影響優(yōu)良天的重要因素

2022年上半年，徐州市優(yōu)良天數(shù)同比大幅減少20 d，優(yōu)良率為63.0%，同比降低11個(gè)百分點(diǎn)。從各因子超標(biāo)天數(shù)看，PM2.5和O3污染加重。1—6月共超標(biāo)67 d，其中，PM2.5、PM10、O3分別超標(biāo)26 d、7 d（5 d為沙塵天）、34 d。除了PM10超標(biāo)同比減少7 d外，PM2.5和O3分別增加9 d和18 d。PM2.5超標(biāo)分布在1—3月，臭氧超標(biāo)分布在4—6月。

從超標(biāo)影響程度看，臭氧污染明顯加重，具有超標(biāo)時(shí)間早、臭氧濃度高、污染頻次多、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)徐州市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率的影響最大。臭氧超標(biāo)首日為4月10日，較2021年提前42 d。2022年上半年O3濃度均值為117 μg/m3，同比升高17%，月均濃度均高于2021年同期，升幅介于6%～32%。2022年上半年臭氧超標(biāo)天數(shù)比顆粒物（PM2.5、PM10）超標(biāo)天數(shù)之和多1 d，其首次取代PM2.5成為近年來(lái)超標(biāo)最多的污染因子。

1.2 日變化特征發(fā)生改變，峰值推后

6月1—30日，臭氧濃度的日變化呈單峰型。夜間，大氣光化學(xué)反應(yīng)較弱[4-5]，NO等污染物與O3等發(fā)生反應(yīng)，06：00濃度逐漸降到最低；08：00，交通早高峰等造成VOCs和氮氧化物（NOx）等臭氧前體物排放量增加，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)能力增強(qiáng)，臭氧濃度逐漸升高；15：00—16：00臭氧濃度達(dá)到最高值；之后，隨著大氣邊界層抬高，湍流作用增強(qiáng)，大氣擴(kuò)散能力增強(qiáng)，臭氧濃度逐漸下降。通過(guò)2021年和2022年數(shù)據(jù)比較，臭氧濃度谷值時(shí)間推后，由原來(lái)06：00推遲到07：00，部分日期推遲到08：00，峰值濃度出現(xiàn)在18：00，較2021年偏晚1 h左右，如圖1所示。整體來(lái)看，臭氧濃度日變化的谷值與峰值均推后1 h左右。

2 臭氧污染原因

2.1 氣象要素特征

2022年上半年，徐州市氣溫高，且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不僅為臭氧生成提供光化學(xué)條件，而且大幅增加植物中異戊二烯的排放，它成為臭氧生成貢獻(xiàn)最高的組分。2022年4月、5月，徐州市平均氣溫較往年同期均值偏高1.6 ℃、0.6 ℃，特別是臭氧污染最重的6月全市平均氣溫為28.3℃，與往年同期均值相比偏高3.1 ℃，突破歷史同期最高值（2005年平均氣溫27.1 ℃），成為6月平均氣溫新極值，且氣溫持續(xù)偏高，月高溫日數(shù)全市平均為14.8 d，其中6月15日到26日（除23日外）連續(xù)高溫，極端最高氣溫為39.4 ℃，僅次于2012年的極端最高氣溫39.8 ℃，與2011年的極端最高并列第二位，造成連續(xù)9 d臭氧超標(biāo)。受高溫和強(qiáng)輻射影響，2022年6月，徐州市異戊二烯濃度為16.62 μg/m3，同比升高66.4%，臭氧生成的貢獻(xiàn)排名第一。

2022年4月起，徐州市降水偏少，遠(yuǎn)低于2021年，造成大范圍干旱。4月1日至6月20日，市區(qū)總降水量?jī)H為21.9 mm，較2021年減少87.1%。臭氧污染最重的6月徐州市降水持續(xù)偏少，據(jù)6月13日監(jiān)測(cè)，徐州市絕大部分地區(qū)已達(dá)到特旱。13日下午的降水對(duì)旱情有所緩解，但東南部地區(qū)仍處于特旱。到6月22日出現(xiàn)有效降水之前，徐州市西部旱情再度發(fā)展成重度干旱，東部為特旱，6月下旬出現(xiàn)兩場(chǎng)大到暴雨，旱情解除，臭氧污染得到緩解。

2.2 VOCs濃度特征

如圖2所示，2022年6月，VOCs化學(xué)組分類(lèi)別占比的排序?yàn)椋汉鯎]發(fā)性有機(jī)物（28.8%）＞鹵代烴（26.9%）＞烷烴（25.6%）＞烯烴（8.9%）＞芳香烴（5.0%）＞炔烴（4.6%）＞其他（0.4%）。其中，含氧揮發(fā)性有機(jī)物（OVOCs）、鹵代烴和烷烴之和為81.3%，占主導(dǎo)地位。與2021年同期相比，2022年鹵代烴和OVOCs同比分別上升9.8%和6.8%，烷烴、烯烴、炔烴和芳香烴分別下降8.8%、1.1%、1.2%和5.3%。

從各組分絕對(duì)濃度來(lái)看，除芳香烴濃度下降29.9%，其余組分濃度出現(xiàn)不同幅度的上升，其中升幅較大的是OVOCs和鹵代烴，分別為156%和131%；烯烴、烷烴和炔烴的升幅較小，在15%～30%。由此可見(jiàn)，2022年徐州市VOCs濃度升高，OVOCs和鹵代烴組分貢獻(xiàn)最大，它們主要來(lái)自工藝過(guò)程源、溶劑使用源、移動(dòng)源、生物質(zhì)燃燒源、餐飲油煙源、化石燃料固定燃燒源等污染源[6-8]。芳香烴濃度排名后退，且占比大幅減小，說(shuō)明徐州市對(duì)噴涂、家具、溶劑等行業(yè)的管控取得一定成效，其對(duì)大氣質(zhì)量的影響減小。

2.3 臭氧生成潛勢(shì)

從臭氧生成貢獻(xiàn)來(lái)看，2022年6月臭氧生成潛勢(shì)（OFP）排名前10的VOCs物種分別為異戊二烯、乙烯、間/對(duì)-二甲苯、甲苯、丙烯、甲基叔丁基醚、鄰-二甲苯、2-丁酮、1-丁烯和異戊烷。就O3生成潛勢(shì)而言，芳香烴和烯烴為主要貢獻(xiàn)物種，烯烴中異戊二烯和乙烯對(duì)總OFP的貢獻(xiàn)排名第一和第二，OFP值分別為15.71 μg/m3和11.72 μg/m3，僅2種組分對(duì)O3生成的貢獻(xiàn)就占總OFP的30.8%，此外，烯烴中的丙烯和1-丁烯對(duì)OFP的貢獻(xiàn)也較高，城市大氣中的烯烴主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的排放。芳香烴中的間/對(duì)-二甲苯、甲苯和鄰-二甲苯的OFP值分別為8.01 μg/m3、5.26 μg/m3和2.94 μg/m3，一般而言，芳香烴來(lái)自溶劑涂料的使用。

對(duì)監(jiān)測(cè)期間空氣質(zhì)量超標(biāo)天和非超標(biāo)天OFP排名前10的組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3所示。

超標(biāo)天和非超標(biāo)天OFP排名前10的物種與整體監(jiān)測(cè)期間OFP排名前10的物種一致，僅排名略有不同。超標(biāo)天OFP排名前10的物種濃度顯著高于非超標(biāo)天的物種濃度。其中，升幅較大的物種有異戊二烯、鄰-二甲苯和間/對(duì)-二甲苯，漲幅分別為59.0%、66.0%和64.3%。其次是2-丁酮、丙烯和甲苯，分別較非超標(biāo)天上升40.4%、46.8%和35.9%。此外，乙烯、甲基叔丁基醚、1-丁烯和異戊烷升幅均在20%～30%。

3 結(jié)論

2022年上半年，徐州市大氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)大幅減少，臭氧污染加劇，它已成為制約環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率的第一因素。臭氧日變化特征發(fā)生改變，峰值推后，污染時(shí)間提前，污染過(guò)程持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。經(jīng)分析，高溫、干旱等極端天氣加劇臭氧污染，大氣中較高的VOCs濃度促進(jìn)臭氧生成，VOCs化學(xué)組分及臭氧生成關(guān)鍵物種變化增加臭氧污染管控難度。為降低臭氧對(duì)空氣質(zhì)量的影響，徐州市要引導(dǎo)和督促工業(yè)企業(yè)持續(xù)推進(jìn)污染物減排，削減NOx排放量。同時(shí)，徐州市要加大重點(diǎn)VOCs組分及關(guān)鍵物種污染管控力度，降低大氣VOCs濃度，并加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)污染的管控，降低二次轉(zhuǎn)化對(duì)空氣質(zhì)量的影響，遏制臭氧污染加重趨勢(shì)。

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