華北縣級城市臭氧污染特征及影響因素研究

關鍵詞：O₃；污染特征；氣象因素；潛在源區；滑縣

中圖分類號：X51 文獻標志碼：B

前言

隨著中國顆粒物的治理改善，臭氧污染逐漸凸顯，成為中國現階段面臨的主要大氣污染問題之一。對流層中的臭氧（O₃）主要是由揮發性有機物（VOCs）、氮氧化物（NO_x）、一氧化碳（CO）等前體物發生光化學反應生成。現有研究表明O₃濃度與氣象因素、區域輸送等密切相關，高溫度、低濕度、高能見度是南陽市O₃污染日的典型特征；偏東風大于3 m/s、氣溫高于30.2℃、相對濕度在50%上下浮動時，合肥市易出現O₃超標現象。嚴茹莎等人研究發現上海夏季O₃主要由較高濃度的前體物排放和高溫、低濕、小風等不利氣象條件共同影響。鄭州市夏季高O₃濃度除受本地生成和氣象條件影響外，還存在周邊區域的近距離傳輸現象。以上研究表明O₃污染并非由單一因子決定，對某一地區綜合分析更有利于了解該地區的污染成因。

因地形、氣候、工業結構等條件的不同，O₃具有明顯的時空差異性。現階段關于豫北地區的縣市O₃研究較為匱乏，因此開展相關的O₃研究具有重要的意義。滑縣位于京津冀傳輸通道上，地形以平原為主，工業結構偏重，小型企業數量龐大且布局散亂，污染物排放量較高。文章基于河南省城市環境空氣質量自動監控系統發布數據，分析滑縣重點月份O₃污染特征，并對NO_x、氣象因素及潛在源區進行分析，以期為滑縣及周邊區縣O₃污染防治提供科學依據。

1數據來源與研究方法

1.1數據來源

滑縣共有兩個省控站點，一處是六中站點（35°32′N，114°32′E），位于錦和街道中心區域的一所學校內，周邊主要是居民住宅區，車流量較大；另一處是衛南調蓄管理處站點（35°34N，114°29′E），該站點位于縣城西北角，附近多數為村莊、農田。研究污染物數據來源于滑縣兩個省控站點2019年-2022年逐日監測數據及2022年5月至9月的逐時監測數據，氣象數據來自2022年5月至9月的逐時監測數據，以上數據獲取網站均為河南省城市環境空氣質量自動監控系統。

1.2數據分析

依據文件《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）、《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ 663-2013），將O₃日最大八小時滑動平均值（O₃-8h）濃度高于環境空氣質量標準二級濃度限值（160μg/m³）定義為O₃超標日，不超過二級濃度限值定義為O3非超標日。HYSPLIT模式（Hybrid single-particle lagrangianinte-grated trajectory model）是由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）同澳大利亞氣象局共同研發的一種用于計算分析氣團運動軌跡的模型，大氣研究中經常被用于分析空氣中污染物的來源、傳輸和擴散。運用HYSPLIT模型，在TrajStat基礎上采用歐幾里得距離方法對2022年6月的氣流軌跡作聚類分析，采用潛在源貢獻（PSCF）方法分析滑縣臭氧可能的來源區域。

2結果與討論

2.1 O₃濃度變化特征

2.1.1 O₃年際變化特征

2019年-2022年滑縣O₃首要污染物天數（簡稱：O₃首污天數）、O₃超標天數及日最大O₃-8h第90百分位（O₃-8h-90per）濃度變化見圖1（a）。如圖1（a）所示，2019年-2021年O₃首污天數呈逐年下降趨勢，O₃首污天數由138天減少至107天，而2022年O₃首污天數較2021年增加38天，是四年來O₃首污天數最多的年份。O₃超標天數和O₃首污天數存在相似的年變化規律，由2019年58天減少至2021年34天，2022年反彈至47天。O₃-8h-90 per濃度整體呈“倒V”型，2021年O₃-8h-90 per最低，除2021年O₃ -8h-90 per濃度達到年評價二級標準值（160μg/m³）外，2019年、2020年、2022年均超過年評價標準值，超標倍數分別約為0.10、0.02、0.05。

圖1（b）為2019年-2022年滑縣兩個省控站點O₃時間序列圖。對圖1（b）橫向分析，O₃超標日主要集中在5月至9月，主要以輕度污染為主，中度污染天數較少，未出現重度及以上污染天。其中，6月污染天數最多，且污染程度最高，這與前人的研究結果一致。縱向分析，六中站點與衛南調蓄管理處站點O₃污染天數逐年變化趨勢相同，2019年～2021年超標天數持續下降，2022年回升，同時O₃超標時間跨度拉長，3月上旬和10月下旬也開始出現超標現象。除2019年外，六中站點的O₃污染天數均高于衛南調蓄管理處站點，中度污染及以上天數也更多。

2.1.2日變化特征

2022年03污染形勢較為嚴峻，以該年為基準年，研究03重點月份（5月至9月）兩站點的日變化特征（如圖2所示）。由圖2可知，六中站點O₃小時平均濃度較衛南調蓄管理處站點濃度偏高，可能與六中站點位于市中心周邊人為排放源較多有關。O₃濃度日變化趨勢均呈現典型的“單峰”型，超標日O₃自06：00起受光反應生成、湍流混合沉降等因素影響濃度開始迅速升高，于16：00出現峰值，該階段為03增幅最大時段；非超標日O₃自07：00起逐漸上升，峰值時間出現在16：00左右，峰值濃度較超標日偏低。