眉山市彭山區(qū)臭氧污染特征及其前體物分析

康萬(wàn)里

（眉山市彭山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 四川 眉山 620010）

引言

近年來(lái)，我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善，人民群眾藍(lán)天幸福感、獲得感顯著增強(qiáng)。但是，仍有一些大氣污染問(wèn)題存在，如臭氧（O3）污染。O3是一種強(qiáng)氧化劑，如果近地面的O3濃度過(guò)高，則易引起上呼吸道炎癥、皮膚病等病變，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重危害[1]。人類活動(dòng)過(guò)程中排放的氮氧化物 (NOx)、揮發(fā)性有機(jī)物 (VOCs) 等物質(zhì)是近地面O3生成的重要前體物，這些前體物極易在光照條件下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成O3，造成區(qū)域O3污染[2]。同時(shí)，O3濃度的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程存在明顯的時(shí)間變化規(guī)律、地理分布差異和區(qū)域異質(zhì)性[3～5]，如珠江三角洲地區(qū)O3濃度表現(xiàn)為夏季低、秋季高[6]；京津冀地區(qū)O3污染存在著明顯的地域差異，呈南高北低態(tài)勢(shì)，這與本地條件和跨區(qū)傳輸相關(guān)[7]。因此，分析探討O3污染特征及其前體物來(lái)源，對(duì)于O3污染控制的研究具有重要意義。

四川省眉山市彭山區(qū)位于成都平原西南部、眉山市域北端，與省會(huì)城市成都接壤，是成德眉資同城化發(fā)展戰(zhàn)略布局中眉山融入成都的“橋頭堡”。近年來(lái)，彭山區(qū)O3污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，但目前針對(duì)彭山區(qū)和成都平原地區(qū)的相關(guān)研究較少。因此，本文將對(duì)彭山區(qū)O3污染特征及其前體物來(lái)源進(jìn)行分析，以期為成都平原地區(qū)O3污染問(wèn)題的研究提供重要參考價(jià)值。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的常規(guī)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（NOx、O3等）來(lái)源于四川省空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)（溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向）的采樣地點(diǎn)為四川省眉山市彭山生態(tài)環(huán)境局空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)附近（30.20°N，133.87°E）。該站點(diǎn)為典型的城區(qū)站點(diǎn)，代表彭山區(qū)生活、科教及工業(yè)混合區(qū)。O3前體物NOx和VOCs 的數(shù)據(jù)來(lái)源于彭山區(qū)環(huán)境統(tǒng)計(jì)、抽樣檢測(cè)及衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等。

2 研究方法

將相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用Excel 等統(tǒng)計(jì)軟件按照不同的時(shí)間尺度(年、月、日、小時(shí))進(jìn)行時(shí)間序列變化分析和空間變化分析，采用源排放清單、受體模型、空氣質(zhì)量模型聯(lián)用的綜合源解析方法，摸清彭山區(qū)主要大氣污染源排放底數(shù)、行業(yè)特征和時(shí)空分布等情況，定量解析夏季O3前體物主要來(lái)源貢獻(xiàn)情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 彭山區(qū)臭氧污染特征

3.1.1 彭山區(qū)臭氧污染總體形勢(shì)

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2022 年彭山區(qū)O3濃度為173μg/m3，是近4 年來(lái)O3年評(píng)價(jià)濃度首次超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（160μg/m3）的年份，與2019 年（143μg/m3）、2020 年（158μg/m3） 和2021年（149μg/m3）相比，2022 年彭山區(qū)O3濃度分別反彈21%、9.5%和16.1%。2022 年彭山區(qū)以O(shè)3為首要污染物的超標(biāo)天為55d，較2019 年（20d）、2020 年（34d）和2021 年（25d）分別增加35d、21d 和30d。

近年來(lái)，彭山區(qū)O3污染形勢(shì)嚴(yán)峻，O3濃度呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，O3污染超標(biāo)天數(shù)呈現(xiàn)增多趨勢(shì)。3.1.2 彭山區(qū)臭氧污染時(shí)間特征

2019～2022 年彭山區(qū)O3污染高發(fā)季為4～8月（見(jiàn)圖1），O3月均濃度一般在8 月達(dá)到峰值。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析4～8 月彭山區(qū)O3小時(shí)濃度數(shù)據(jù)顯示，彭山區(qū)O3濃度日變化呈典型的“單峰型”特征（見(jiàn)圖2），小時(shí)濃度峰值普遍出現(xiàn)在16:00或17:00，受外來(lái)傳輸影響明顯；11:00～14:00 是O3濃度快速上升時(shí)段，本地排放不容忽視。

圖1 彭山區(qū)臭氧（O3）月平均濃度情況

圖2 彭山區(qū)臭氧污染時(shí)間分布情況

3.1.3 彭山區(qū)臭氧濃度空間分布特征

2021～2022 年彭山區(qū)O3濃度空間分布明顯呈“南高北低”特征（見(jiàn)圖3），高值區(qū)域主要在西南、南部和東南區(qū)域（鳳鳴街道、黃豐鎮(zhèn)、江口街道南部區(qū)域和觀音街道南部區(qū)域），高值區(qū)域主要位于觀音街道和鳳鳴街道。

圖3 彭山區(qū)臭氧（O3）污染空間分布情況

3.2 彭山區(qū)臭氧污染成因分析及來(lái)源解析

3.2.1 氣象條件對(duì)彭山區(qū)臭氧污染的影響

對(duì)比分析2019～2022 年彭山區(qū)O3污染高發(fā)季氣象條件發(fā)現(xiàn)，2022 年4～8 月，彭山區(qū)平均溫度26.55℃，為近4 年最高水平，平均濕度67.74%，為近4 年最低水平，平均風(fēng)速1.28m/s，南風(fēng)O3超標(biāo)率更高（43.2%），應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注站點(diǎn)南部區(qū)域管控。高溫、低濕的大氣環(huán)境有利于彭山區(qū)O3的生成（見(jiàn)圖4），較低風(fēng)速有利于O3堆積（見(jiàn)圖5），從而進(jìn)一步推高O3濃度。2022 年夏季受青藏高原和西太平洋副熱帶高壓影響，彭山區(qū)出現(xiàn)極端高溫、強(qiáng)輻射天氣，氣象條件非常有利于O3生成。

圖4 彭山區(qū)臭氧（O3）污染溫度、濕度相關(guān)性分析

圖5 彭山區(qū)臭氧（O3）污染風(fēng)向、風(fēng)速相關(guān)性分析

高溫、低濕、小風(fēng)等不利氣象條件下更易發(fā)生O3污染，彭山區(qū)2022 年不利氣象條件是O3污染反彈嚴(yán)重的客觀因素。

3.2.2 彭山區(qū)臭氧前體物NOx和VOCs 排放情況

3.2.2.1 臭氧前體物NOx和VOCs 排放主要來(lái)源

2021 年彭山區(qū)大氣污染源排放清單顯示，彭山區(qū)NOx和VOCs 排放量分別為1247.5t 和1723.73t。對(duì)NOx排放量貢獻(xiàn)較大的污染源主要為移動(dòng)源占比86.7%（其中道路移動(dòng)源占比75.8%，非道路移動(dòng)源占比10.9%），化石燃料固定燃燒源占比12.2%，生物質(zhì)燃燒源占比1.1%。對(duì)VOCs 排放量貢獻(xiàn)較大的污染源主要為移動(dòng)源占比37.7%（其中道路移動(dòng)源占比36.4%、非道路移動(dòng)源占比1.3%），儲(chǔ)存運(yùn)輸源占比22.4%，工藝過(guò)程源占比15%，溶劑使用源占比13.3%，生物質(zhì)燃燒源占比3.9%，其它排放源占比2.8%。

彭山區(qū)O3前體物NOx和VOCs 排放主要來(lái)源于移動(dòng)源、儲(chǔ)存運(yùn)輸源、工藝過(guò)程源和溶劑使用源。

3.2.2.2 對(duì)彭山區(qū)空氣質(zhì)量影響較大的源類解析

通過(guò)離線采樣分析和PMF 受體模型解析彭山區(qū)整體VOCs 來(lái)源主要為移動(dòng)源（+天然源）23.5%、溶劑使用源21.9%、油氣揮發(fā)源19.7%、工業(yè)源19.5%和柴油車尾氣15.5%（見(jiàn)圖6）。

圖6 彭山區(qū)部分點(diǎn)位解析結(jié)果

經(jīng)離線解析發(fā)現(xiàn)，對(duì)彭山區(qū)空氣質(zhì)量影響較大的源類為移動(dòng)源、溶劑使用源和油氣揮發(fā)源。

3.2.3 區(qū)域性外來(lái)輸送對(duì)彭山區(qū)臭氧污染的影響

根據(jù)四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，以2022年7月12～15日彭山區(qū)污染過(guò)程為例，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明7 月12～15 日污染是明顯的區(qū)域性污染，NOx高值區(qū)從成都城區(qū)向西南方向延伸至彭山區(qū)大部區(qū)域（見(jiàn)圖7），形成較大范圍污染帶，同時(shí)甲醛（用以指代VOCs）和O3分布高度一致（見(jiàn)圖8），本次污染過(guò)程的氮氧化物濃度較高，為O3生成提供了充足的前體物。

圖7 7 月12 日～15 日彭山區(qū)及周邊區(qū)域NOx 與甲醛（用以指代VOCs）濃度分布圖

利用WRF-SMOKE-CMAQ 空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)確定彭山區(qū)4～8 月O3污染期間本地污染與外來(lái)傳輸?shù)呢暙I(xiàn)情況，結(jié)果顯示，彭山區(qū)4～8 月O3污染期間，O3濃度受到本地污染源和外來(lái)傳輸源的疊加影響，整體來(lái)看彭山區(qū)受外來(lái)傳輸源的貢獻(xiàn)更明顯。各污染時(shí)段中，O3本地污染源平均貢獻(xiàn)率范圍為9%～32%，外來(lái)傳輸源貢獻(xiàn)率分別為68%～91%（見(jiàn)表1）。

表1 彭山區(qū)O3 和NO2 污染期間本地污染和外來(lái)傳輸貢獻(xiàn)率

通過(guò)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與WRF-SMOKECMAQ 空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，成都平原地區(qū)的區(qū)域間輸送進(jìn)一步加重彭山區(qū)O3污染程度。

結(jié)論

近年來(lái)，彭山區(qū)臭氧（O3）污染形勢(shì)嚴(yán)峻，O3濃度呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，O3污染超標(biāo)天數(shù)呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，夏季8 月污染最為嚴(yán)重，O3小時(shí)濃度日變化特征呈典型的“單峰型”，O3濃度空間分布呈“南高北低”特征。

高溫、低濕、小風(fēng)等不利氣象條件下更易發(fā)生O3污染，彭山區(qū)2022 年不利氣象條件是O3污染反彈嚴(yán)重的客觀因素。同時(shí)，本地污染源排放影響也不容忽視，成都平原地區(qū)的區(qū)域間輸送則進(jìn)一步加劇彭山區(qū)O3污染程度。

彭山區(qū)O3前體物NOx和VOCs 排放主要來(lái)源于移動(dòng)源、儲(chǔ)存運(yùn)輸源、工藝過(guò)程源和溶劑使用源。經(jīng)離線解析發(fā)現(xiàn)，對(duì)彭山區(qū)空氣質(zhì)量影響較大的源類為移動(dòng)源、溶劑使用源和油氣揮發(fā)源。