常州市北部郊區(qū)臭氧污染特征分析

摘" 要：選取常州市安家站點2023年4—10月逐小時的O3和氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法和潛在污染源分析對常州市北部城郊區(qū)域的O3污染特征進行分析。結果表明，安家臭氧污染主要出現(xiàn)在4—10月，其中5月、6月和8月臭氧超標天數(shù)較多。6月和8月的臭氧質(zhì)量濃度相對較高，7月較低。安家臭氧污染時段大多集中在11—17時，日峰值質(zhì)量濃度大多出現(xiàn)在15時左右。溫度不超過21 ℃時臭氧質(zhì)量濃度不易超標；溫度在26 ℃以上時臭氧超標率明顯升高。相對濕度不超過60%時易出現(xiàn)臭氧污染，相對濕度大于75%時臭氧不易超標。從潛在污染源區(qū)分析看，安家站點的臭氧污染主要來源于本地區(qū)域，并存在城市建成區(qū)向市郊短距離輸送的影響。

關鍵詞：常州市；郊區(qū)；臭氧；污染特征；潛在污染源貢獻函數(shù)

中圖分類號：X51" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0117-04

Abstract： Hour-by-hour O3 and meteorological parameter data from April to October 2023 at Anjia Station in Changzhou City were selected， and the O3 pollution characteristics in the northern suburbs of Changzhou City were analyzed using data statistical methods and potential pollution source analysis. The results show that ozone （O3） pollution in Anjia mainly occurs from April to October， with more days of ozone exceeding the standard in May， June and August. Ozone mass concentrations were relatively high in June and August， and lower in July. Most of the ozone pollution periods in Anjia are concentrated between 11：00 and 17：00， and most of the daily peak mass concentrations appear around 15：00. When the temperature is not more than 21 ℃， the ozone mass concentration is not easy to exceed the standard; when the temperature is above 26 ℃， the ozone exceeding the standard rate increases significantly. Ozone pollution is prone to occur when the relative humidity is not more than 60%， and ozone is not easy to exceed the standard when the relative humidity is greater than 75%. Judging from the analysis of potential pollution source areas， the ozone pollution at the Anjia site mainly comes from the local area， and there is the impact of short-distance transportation from urban built-up areas to the suburbs.

Keywords： Changzhou City; suburbs; ozone （O3）; pollution characteristics; potential pollution source contribution function

對流層臭氧（O3）特別是近地面臭氧由于化學活性較高、氧化性較強，是光化學反應的關鍵成分[1-2]，可嚴重影響人體健康[3-4]和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[5-6]。近年來，大氣顆粒物污染治理成效顯著[7-9]，但近地面臭氧污染尚未得到有效遏制[10-11]，珠江三角洲和長江三角洲等重點區(qū)域臭氧已成為環(huán)境大氣的主要污染物之一[12-13]，臭氧作為首要污染物的超標天數(shù)占比已明顯超過PM2.5。針對長三角腹地夏秋季臭氧污染特征、潛在污染源區(qū)等問題認識不足，選取常州市北部郊區(qū)安家站點為研究對象，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和潛在污染源分析研究了2023年常州市北部郊區(qū)的臭氧污染特征和潛在來源區(qū)域，以期為本區(qū)域臭氧污染防治提供科學支撐。

1" 數(shù)據(jù)來源

常州市地處江蘇省南部、滬寧線中段，東與無錫相鄰，南與無錫、安徽宣城交界，西與南京、鎮(zhèn)江接壤，北與泰州隔江相望。選取江蘇省常州市北部郊區(qū)的安家國家環(huán)境空氣評價點（119.9116°N，31.9041°E）作為研究對象，選取安家站點2023年4—10月逐小時的臭氧、相對濕度和風速風向等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。臭氧日評價以臭氧日最大8 h平均質(zhì)量濃度是否超標GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》二級質(zhì)量濃度限值（160 μg/m3）進行評價，環(huán)境溫度和相對濕度對大氣環(huán)境臭氧濃度的影響評價中臭氧超標占比以臭氧小時質(zhì)量濃度超過160 μg/m3進行統(tǒng)計。

潛在污染源貢獻函數(shù)（Potential Source Contribution Funtion，縮寫為PSCF）已被廣泛地應用于識別大氣污染物的傳輸路徑和污染源區(qū)的研究。該方法首先將研究區(qū)域劃分成若干均勻的網(wǎng)格點，在不考慮污染源的情況下，通過計算受體點超過某一規(guī)定質(zhì)量濃度時落在研究區(qū)域某一格點內(nèi)的軌跡數(shù)Mij與計算期間所有落在該格點內(nèi)的軌跡數(shù)Nij之比，來確定受體點超過某一質(zhì)量濃度時可能的污染來源區(qū)域。即第i行第j列格點的PSCF定義如下

PSCFij=Mij/Nij 。

PSCF值（無量綱）越大說明當有來自該格點的氣團時，受體點的質(zhì)量濃度超過規(guī)定質(zhì)量濃度的概率越大，意味著該格點對受體點的污染潛在貢獻較高。PSCF計算采用的氣象資料為NCEP（美國國家環(huán)境預報中心）提供的全球資料同化系統(tǒng)GDAS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為1°×1°，以安家站點為計算終點，計算終點海拔高度設置為100 m，每條后向軌跡計算時長為12 h，采用NOAA（美國國家海洋和大氣管理局）開發(fā)的HYSPLIT 4.9版本軟件進行計算。

2" 結果與討論

2.1" 臭氧污染特征

2023年，從常州市安家站點臭氧月變化情況看（圖1），臭氧超標天主要出現(xiàn)在4—10月，各月超標天數(shù)范圍為1～10 d。其中5月、6月和8月臭氧超標天數(shù)較多，分別超標9、10和8 d；7月受長江中下游梅雨季節(jié)影響，陰雨多云等天氣較多、太陽輻射減弱，導致大氣光化學反應也減弱，臭氧質(zhì)量濃度下降，臭氧超標天數(shù)明顯下降，僅超標1 d。從臭氧日最大8 h平均第90百分位質(zhì)量濃度月變化（圖1（a））看，6月和8月的臭氧質(zhì)量濃度相對較高，分別為222 μg/m3和207 μg/m3；7月臭氧質(zhì)量濃度較低，為143 μg/m3。從安家站點臭氧日變化分布（圖1（b））看，臭氧在4—6時時質(zhì)量濃度相對較低，超標時段主要為9—22時，其中大多集中在11—17時時段，日峰值大多出現(xiàn)在13—15時，夜間（21—次日2時）也經(jīng)常出現(xiàn)臭氧小時質(zhì)量濃度大于140 μg/m3，且會出現(xiàn)夜間臭氧不降反升的現(xiàn)象，說明該站點的臭氧經(jīng)常受區(qū)域輸送的影響。

2.2" 溫度和濕度對臭氧的影響

臭氧的光化學反應速率與太陽光照、氣溫、相對濕度等氣象因素密切相關，臭氧污染主要發(fā)生在太陽輻射較強的夏季和秋季。因此，選取4—10月每日臭氧質(zhì)量濃度較高時段（10—18時）小時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，研究環(huán)境溫度和相對濕度對臭氧的影響。從統(tǒng)計結果看，安家臭氧質(zhì)量濃度總體上隨溫度升高而升高（表1），其中環(huán)境溫度不超過17.0 ℃和19.1～21.0 ℃范圍時臭氧質(zhì)量濃度超標（大于160 μg/m3）占比為0.0%；在31.1～32.0 ℃時臭氧平均質(zhì)量濃度達到峰值質(zhì)量濃度171.4 μg/m3，臭氧小時質(zhì)量濃度超標占比達54.2%；溫度在32.1～34.0 ℃時臭氧平均質(zhì)量濃度隨溫度的升高呈下降趨勢；在溫度大于34.1 ℃后臭氧平均質(zhì)量濃度隨溫度的升高再次上升，其中溫度在37.1～38.0 ℃時臭氧小時質(zhì)量濃度大于160 μg/m3的占比為100.0%。總體上，環(huán)境溫度不超過21 ℃時，臭氧小時質(zhì)量濃度超標占比較低；溫度在26 ℃以上時，臭氧小時質(zhì)量濃度超標占比明顯升高。臭氧小時質(zhì)量濃度在相對濕度較低時較高（表2），相對濕度較高時臭氧質(zhì)量濃度較低。其中相對濕度不超過60%時，臭氧超標率大于等于21.8%；相對濕度大于75%時，臭氧超標率為0.0%；其中相對濕度范圍在41%～45%時臭氧平均質(zhì)量濃度和超標占比均達到峰值。可見，環(huán)境溫度和相對濕度對臭氧的生成和消散影響較大，臭氧的光化學反應存在氣象條件“舒適區(qū)”。

2.3" 潛在污染源區(qū)

圖2為2023年4—10月安家臭氧超標日的潛在污染源貢獻函數(shù)（PSCF）計算結果，圖中顏色越深，PSCF值越大，表示該網(wǎng)格區(qū)域?qū)Π布页粞踬|(zhì)量濃度的潛在影響越大，其中臭氧的污染質(zhì)量濃度限值設置為160 μg/m3，網(wǎng)格內(nèi)超過該質(zhì)量濃度值的軌跡數(shù)占比越高，PSCF值越大。由圖2可見，安家臭氧超標日的潛在污染源區(qū)主要分布在長江中下游區(qū)域和杭州灣區(qū)域，涉及到江蘇省、安徽省、浙江省和上海市等區(qū)域，與2015年何濤等[14]對常州市的臭氧污染潛在源區(qū)分析結論較一致；安家臭氧超標日PSCF的高值區(qū)（大于0.2）集中在安家站點北面和東北面長江沿線、常州市市區(qū)及南部區(qū)域。這些高影響的潛在污染源區(qū)大多分布在安家站點的東面或東南方向，與常州市的主導風向較一致。安家站點臭氧的潛在污染源區(qū)集中在江蘇南部區(qū)域，其中長江沿江區(qū)域和常州市區(qū)是主要的潛在污染源區(qū)，說明安家站點的臭氧污染主要來源于本地區(qū)域，并存在城市建成區(qū)向市郊短距離輸送的影響。

3" 結論

1）安家臭氧超標天主要出現(xiàn)在4—10月，其中5月、6月和8月臭氧超標天數(shù)較多，7月受降雨和云層影響，太陽輻射較弱、大氣光化學反應減弱，臭氧超標天數(shù)較少。6月和8月的臭氧質(zhì)量濃度相對較高，7月較低。安家臭氧超標時段大多集中在11—17時，日峰值大多出現(xiàn)在15時左右，夜間經(jīng)常出現(xiàn)臭氧高質(zhì)量濃度，說明該站點的臭氧受到了區(qū)域輸送的影響。

2）臭氧的光化學反應存在氣象條件“舒適區(qū)”，溫度不超過21 ℃時，安家站點臭氧小時質(zhì)量濃度超標占比較低；溫度在26 ℃以上時，安家站點臭氧小時質(zhì)量濃度超標占比明顯升高。相對濕度不超過60%時，安家站點臭氧超標率大于等于21.8%，相對濕度大于75%時，安家站點臭氧不易超標；其中相對濕度范圍在41%～45%時，安家站點臭氧平均質(zhì)量濃度和超標率均為最高。

3）長江沿江區(qū)域和常州市區(qū)是常州市北部郊區(qū)（安家站點）臭氧主要的潛在污染源區(qū)，說明安家站點的臭氧污染主要來源于本地區(qū)域，并存在城市建成區(qū)向市郊短距離輸送的影響。

4）安家站點的臭氧污染防治應以常州市區(qū)及站點北部長江沿江區(qū)域為重點管控區(qū)域，并在環(huán)境溫度高于26 ℃和相對濕度不超過60%時加強臭氧前體物的管控和治理，有助于該區(qū)域的臭氧大區(qū)污染防治。

參考文獻：

[1] 羅麗彤，章炎麟，林煜棋，等.南京夏季大氣臭氧光化學特征與敏感性分析[J].環(huán)境科學，2024，45（3）：1382-1391.

[2] 唐夢雪，黃曉鋒，程勇，等.廣東省夏秋季光化學反應活性空間分布表征[J].中國環(huán)境科學，2023，43（1）：1-6.

[3] 夏永杰，周璐，牛越，等.2020年中國大氣臭氧對慢性阻塞性肺病死亡影響的疾病負擔分析和健康經(jīng)濟學評價[J].環(huán)境科學研究，2023，36（2）：237-245.

[4] 黃庭，趙海星，陳奕威，等.2015—2021年鄱陽湖流域主要城市PM2.5和O3濃度分布特征及疾病負擔評估[J].環(huán)境科學研究，2024，37（5）：975-984.

[5] 劉峰，朱永官，王效科.我國地面臭氧污染及其生態(tài)環(huán)境效應[J].生態(tài)環(huán)境，2008，17（4）：1674-1679.

[6] 馮兆忠，李品，袁相洋，等.我國地表臭氧生態(tài)環(huán)境效應研究進展[J].生態(tài)學報，2018，38（5）：1530-1541.

[7] 陳紅，張運江，占青，等.基于KZ濾波法分析2015-2021年長三角大氣顆粒物趨勢變化特征[J].環(huán)境科學學報，2023，43（4）：102-110.

[8] 蔡子穎，郝囝，韓素芹，等.2000—2020年天津PM2.5質(zhì)量濃度演變及驅(qū)動因子分析[J].環(huán)境科學，2022，43（3）：1129-1139.

[9] 巫燕園，劉逸凡，湯蓉，等.中國特大城市群PM2.5污染及健康負擔的時空演變特征[J].南京大學學報（自然科學版），2024，60（1）：158-167.

[10] 李沈鑫，鄒濱，張鳳英，等.PM2.5和O3污染協(xié)同防控區(qū)的遙感精細劃定與分析[J].環(huán)境科學，2022，43（10）：4293-4304.

[11] 花叢，江琪，遲茜元，等.我國中東部地區(qū)2015—2020年夏半年PM2.5和臭氧復合污染氣象特征分析[J].環(huán)境科學研究，2022，35（3）：650-658.

[12] 陳多宏，沈勁，陳瑤瑤，等.2020年珠三角O3污染特征及主要成因[J].中國環(huán)境科學，2022，42（11）：5000-5007.

[13] 楚翠姣，鐘聲，梁進，等.南通縣域2016-2020年夏季臭氧濃度時空變化特征[J].環(huán)境科學與技術，2022，45（10）：207-216.

[14] 何濤，喬利平，徐圃青，等.常州市臭氧污染傳輸路徑和潛在源區(qū)[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2017，33（4）：77-83.