濰坊市4月連續(xù)臭氧臨界污染天氣的影響因素及應急管控措施分析

摘要：“十三五”期間，我國諸多城市的細顆粒物（PM2.5）、SO2濃度持續(xù)降低，大氣污染治理取得顯著成效，但O3濃度總體不降反升，O3已成為影響空氣質(zhì)量的重要制約因素。當前，我國面臨PM2.5污染和O3污染日益凸顯的雙重壓力，特別是在夏季，O3已成為導致部分城市空氣質(zhì)量超標的首要因子。本文以濰坊市為例，分析2022年4月當?shù)豋3濃度升高的自然因素與人為因素，然后結(jié)合本輪O3臨界污染天氣的特點，提出應急管控措施，以推進區(qū)域大氣污染治理。

關(guān)鍵詞：O3；臨界污染天氣；影響因素；應急管控

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.044

Abstract： During the \"13th Five-Year Plan\" period， the concentration of fine particulate matter （PM2.5） and SO2 in many cities in China continued to decrease， and the air pollution control achieved remarkable results， but the concentration of O3 did not decrease but increased， and O3 has become an important constraint factor affecting air quality. At present， China is facing the dual pressure of PM2.5 pollution and O3 pollution that are increasingly prominent， especially in summer， O3 has become the primary factor that leads to air quality exceeding the standard in some cities. Taking Weifang City as an example， this paper analyzes the natural and human factors of the local O3 concentration rise in April 2022， and then proposes emergency control measures in combination with the characteristics of the O3 critical pollution weather in this round to promote regional air pollution control.

Keywords： O3; critical pollution weather; influencing factors; emergency control

大氣層中90%的臭氧（O3）存在于平流層中，消弱紫外線對地球的影響，這部分O3是氧氣在紫外線作用下反應生成的，其余10%的O3存在于對流層中[1-3]，主要是人類生產(chǎn)和生活過程中排放的氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機物（VOCs）在紫外線作用下發(fā)生光化學反應生成的，屬于二次污染物。與看得見的霧霾相比，O3污染不易察覺，但從危害上看絲毫不亞于PM2.5[4]。在春夏、夏秋時節(jié)，我國北方有些地區(qū)天氣晴好、升溫快、氣候干燥、紫外線強度大，光化學反應活躍，導致O3逐漸累積[5]，易造成空氣污染。2022年4月，濰坊市出現(xiàn)幾次輕度污染天氣，首要污染指標均為O3，共有7 d超標，4 d臨界超標（濃度限值的90%），具體數(shù)值如表1所示，日平均8小時O3濃度（O3-8 h）的最大值達到179 μg/m3，超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095—2012）的二級標準限值。

1 O3濃度升高的原因分析

經(jīng)分析，2022年4月，濰坊市O3濃度升高的原因可以分為兩類。一是自然因素，二是人為因素。

1.1 地球與太陽距離縮短

進入4月，由于地球與太陽的距離縮短，太陽高度角增大，紫外線輻射顯著增強，11：00—13：00輻射較強[6]，最大值基本出現(xiàn)在12：00左右[7]。

1.2 氣象條件

1.2.1 濕度

理論上，空氣中的水汽對太陽光有吸收和散射作用，可以削弱到達地球表面的紫外線強度。研究表明[8]，相對濕度與O3濃度呈負相關(guān)。濰坊市屬溫帶季風氣候區(qū)，春夏時節(jié)，來自南部黃海的東風攜帶濕潤氣流在日照市登陸，然后折向北，經(jīng)奔波后進入濰坊市地界，海風味道蕩然無存，水汽相對濕度進一步下降，它變成內(nèi)陸季風，主導風向為南風偏東。4月，重點天氣相對濕度與O3濃度的關(guān)系如圖1所示。經(jīng)線性回歸計算，O3濃度與相對濕度的相關(guān)系數(shù)為0.05，表明相對濕度在22%～74%變化時對O3濃度的影響不大，這與白宇等[9]的研究結(jié)論一致。

1.2.2 氣溫和溫差

4月出現(xiàn)O3臨界污染天氣的氣溫情況如圖2所示。4月出現(xiàn)O3輕度污染天氣，最高溫度介于20～34 ℃，平均最高溫度為26 ℃；最低溫度介于7～19 ℃，平均最低溫度為13 ℃；溫差介于10～23 ℃，平均溫差為13 ℃。經(jīng)線性回歸計算，O3濃度與晝間高溫的相關(guān)系數(shù)為0.81，所以在晝間氣溫較高時，O3濃度與氣溫呈高度正相關(guān)。

1.2.3 氣壓、風速與云量

4月以晴和多云天氣為主，風力為2～4級，以3級風、4級風居多。

（1）氣壓。重點天氣O3濃度與大氣壓力的關(guān)系如圖3所示。對O3濃度與大氣壓力進行線性回歸，相關(guān)系數(shù)為-0.73，表明O3濃度與大氣壓力呈高度負相關(guān)。

（2）風速。風速越大，氣溫越干燥，擴散能力越強，空氣中的水汽和顆粒物就越少，能見度也就越大。云層較厚，對太陽光的輻射有較大的削弱作用，云層外則是艷陽高照。研究發(fā)現(xiàn)，風速小于2.5 m/s時，風速與O3濃度呈正相關(guān)，風速不小于2.5 m/s時，風速與O3濃度呈負相關(guān)[7]，風速可能因地區(qū)不同而不同。

（3）云量。輻射強度與總云量、低云量呈負相關(guān)[10]。云量多，由于氣溶膠對輻射的弱化作用，到達地球的太陽輻射就會減弱。但是，這不代表此時近地面O3濃度就低，因為云量多或陰天情況下，氣壓低，不利于污染物的擴散，由于氣象條件的關(guān)系，O3濃度升高有可能延后一段時間。

1.3 正常的時間節(jié)點

據(jù)研究[11]，濰坊市4—9月的紫外線強度較大，5月的平均輻射量最大。紫外線強度與O3濃度呈嚴格的正相關(guān)，所以從時間節(jié)點來說，2022年，4月屬于O3出現(xiàn)超標的正常時段，與2020年類似。

O3高濃度值一致持續(xù)到9—10月，冬季O3濃度較低。2019—2022年，O3濃度的時變情況如圖4所示。

1.4 有利的地形

濰坊市位于山東半島西部，地跨東經(jīng)118°10′～120°01′、北緯35°41′～37°26′。濰坊市屬溫帶季風氣候區(qū)，地貌自北向南分別是低地、平原和低山丘陵。春季氣溫偏高，降水偏少，光照充足，氣候偏旱[12]。主導風向為南風，風從南部高處往北部低處吹來，南高北低的地勢不利于近地污染物的擴散。

1.5 夜間不利氣象

春夏時節(jié)，地溫不高，夜間地表溫度下降迅速，地面附近形成比較穩(wěn)定的逆溫層[13]，對流層運動緩慢，不利于污染物的稀釋擴散和降解反應，導致O3濃度下降緩慢，保持在相對較高的水平。O3超標當日夜間的濃度最小值如表2所示。

本底平均值達到77 μg/m3。如果O3本底值較大，發(fā)生O3污染的可能性大大增加。

1.6 人為因素

人為源中，NOx、VOCs、PM2.5的含量較大，與O3濃度的變化有密切關(guān)系。高溫、晴朗、小風的條件下，NOx和碳氫化物發(fā)生光化學反應使O3迅速增加[14]。O3濃度與NO2濃度的關(guān)系曲線如圖5所示。經(jīng)線性回歸檢驗，二者的相關(guān)系數(shù)為-0.87，說明NO2濃度與O3濃度呈高度負相關(guān)，這與李亞麗等[15]的研究結(jié)果一致。VOCs主要有烷烴、芳香烴、烯烴與乙炔等，O3濃度與VOCs濃度的關(guān)系如圖6所示。經(jīng)線性回歸計算，O3濃度與VOCs濃度的相關(guān)系數(shù)為-0.73，呈高度負相關(guān)，這與王琰等[16]的研究結(jié)論一致。同步消減VOCs和NO2排放，能夠有效減少局地O3生成[17]。

O3濃度與PM2.5濃度的關(guān)系如圖7所示。經(jīng)線性回歸檢驗，相關(guān)系數(shù)為0.16，相關(guān)性不明顯。PM2.5濃度與O3濃度呈負相關(guān)[18]，這與不同地區(qū)PM2.5的成分有關(guān)。據(jù)研究[19]，濰坊市PM2.5化學組分中煤煙塵分擔率最高，達36.0%；其次是機動車塵，占25.4%；揚塵占21.8%；工藝過程源占3.9%，VOCs含量較少，PM2.5含量的變化對O3濃度影響不大。

2 本輪O3臨界污染天氣的特點

2.1 超標天數(shù)多

從圖8可以看出，4月O3臨界污染天氣集中在4—24日，有7 d濃度值超標，平均值為170 μg/m3，5 d臨界超標，平均值為156 μg/m3，4月優(yōu)良天氣天數(shù)同比減少5 d。

2.2 持續(xù)時間長

O3小時均值均不超標，但O3-8 h均值超標，說明日間空氣的O3濃度長時間居高不下，這種狀況下易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀[20]。

2.3 地域范圍廣

4月24日，濰坊市12個縣（縣級市、區(qū)）O3-8 h均值介于149～179 μg/m3，有4個在臨界濃度范圍內(nèi)，其余8個濃度全部超標。生成O3的反應是一個動態(tài)平衡反應，它可以遠距離傳輸，很容易形成區(qū)域性污染[21]。

2.4 夜間O3本底值高

發(fā)生臨界污染前，O3濃度的最低平均值為77 μg/m3，大大提高了O3超標的可能。

2.5 北風時O3污染天氣極少

4月12—16日，氣溫低，溫差小，北風天氣時，O3濃度較低[22]。

3 應急管控措施

當前，要大力推進大氣污染防治，深入打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，堅持PM2.5和O3協(xié)同管控、VOCs和NOx協(xié)同治理的原則，走精準治理、標本兼治之路，落實“源頭替代、過程控制、末端治理”三大治理措施，多措并舉，解決O3污染。

3.1 工業(yè)企業(yè)

采取VOCs與NOx排放總量控制措施，推進VOCs和NOx協(xié)同減排[23]。重點監(jiān)管火電、焦化、石油煉制、工業(yè)涂裝、玻璃鋼、包裝印刷、化工、汽車制造等行業(yè)，鼓勵企業(yè)錯峰生產(chǎn)，夜間盡量不生產(chǎn)。

3.2 交通運輸

使用尾氣遙感監(jiān)測、走航監(jiān)測手段，加強對交通運輸車輛（特別是重型柴油貨車）、非道路移動機械等車輛的管理。

3.3 建筑工地

加強建筑施工現(xiàn)場生產(chǎn)、堆場揚塵、物料運輸、保溫層噴涂等環(huán)節(jié)的管理，落實沖洗、降塵、硬化、物料存放、焊接等污染防護配套設(shè)施，禁止夜間施工。

3.4 加油站

加強對加油站的檢查管理，防止加油槍與卸油口內(nèi)密封件老化、閥門關(guān)閉不嚴等情況導致廢氣泄漏。

3.5 生活源

嚴禁秸稈、垃圾焚燒，農(nóng)村家庭太陽能、燃氣、電力、生物質(zhì)能等類型的取暖設(shè)備、爐灶保持正常使用，飲食業(yè)爐灶要安裝高效油煙凈化裝置，鼓勵群眾綠色、低碳出行。

4 結(jié)論

我國人為源NOx和VOCs的排放量總體處于高位，O3污染防治將是一項長期和艱巨的任務，不可能一蹴而就。導致O3濃度升高的自然因素、人為因素依然存在，要做好打O3污染防治持久戰(zhàn)的準備，把移動源、工業(yè)源和生活源控制措施落到實處，同時做好宣傳教育，人人踐行綠色、低碳生活方式，減少O3前體物的產(chǎn)生和排放。

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