重慶城區(qū)與郊區(qū)臭氧的對比及氣象的相關(guān)性分析

劉 萍，余家燕，黃 偉，劉 敏

（重慶市環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147）

臭氧在地氣系統(tǒng)的物理化學(xué)變化中充當(dāng)著重要角色，它在平流層吸收太陽發(fā)出的紫外輻射，不僅阻止了大量對人類和地球生態(tài)系統(tǒng)頗具殺傷力的短波輻射到達(dá)地面，而且改變了透入對流層太陽輻射的光譜分布［1］。然而隨著重慶城市化快速發(fā)展，人類活動的不斷增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，近地面的臭氧濃度不斷上升，高濃度臭氧可以危害人體健康，破壞植被，造成農(nóng)作物的減產(chǎn)［2］。本文對比了重慶城區(qū)與遠(yuǎn)郊地區(qū)臭氧的時(shí)空變化特征以及氣象條件對臭氧的影響。

1 材料與方法

監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)在縉云山（E：106°22.717′，N：29°49.697′，海拔為850m）國家級自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)內(nèi)，作為重慶主城區(qū)的清潔對照點(diǎn)。另外一個(gè)點(diǎn)位在楊家坪（E：106°30.707′，N：29°30.984′，海拔為450m），位于重慶市九龍坡區(qū)環(huán)保局內(nèi)，居商混合區(qū)，作為高密度人口臭氧監(jiān)測代表點(diǎn)位。

監(jiān)測儀器為法國ESA O342M型，監(jiān)測方法為紫外光度法。

2 結(jié)果與討論

2.1 臭氧濃度的日變化特征

縉云山、楊家坪兩地臭氧的季節(jié)日變化特征見圖1和圖2。

圖1 縉云山臭氧的季節(jié)日變化特征

圖2 楊家坪臭氧的季節(jié)日變化特征

從圖1和圖2可以看出，按照常規(guī)的3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。從這4個(gè)季節(jié)來看，縉云山和楊家坪的趨勢基本一致，夏季＞春季＞秋季＞冬季，這與其他地區(qū)的結(jié)果基本一致。從時(shí)刻變化上來看，2個(gè)站點(diǎn)的24h的濃度變化趨勢基本一致，最大值一般出現(xiàn)在下午16：00～18：00。這說明重慶4個(gè)季節(jié)的臭氧變化形式基本一致，表現(xiàn)為夜間臭氧維持較低的濃度水平，白天由于光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈造成臭氧濃度處于較高水平，4個(gè)季度均在16：00達(dá)到最大值。這說明在夜間氮氧化物濃度夜間積累到較高程度，日出后，NO2參與光化學(xué)反應(yīng)使臭氧濃度增加，在午后達(dá)到極大值。夜間，一切光化學(xué)反應(yīng)均被關(guān)閉，白天形成的臭氧因開始氧化NO為NO2而消耗［3］，因此夜間的臭氧濃度水平較白天低。

夏季臭氧濃度在2個(gè)測試地點(diǎn)都明顯高于其他季節(jié)，這與夏季較強(qiáng)的太陽輻射而導(dǎo)致臭氧的光化學(xué)生成較快有直接關(guān)系。但是比較2個(gè)站點(diǎn)的夏季日變化曲線，主要有以下差異：第一，縉云山和楊家坪的最低質(zhì)量濃度的不同，分別為0.07mg／m3和0.02mg／m3，而最高質(zhì)量濃度分別為0.156mg／m3和0.099mg／m3，增長幅度為 0.086mg／m3和0.079mg／m3，這表明重慶城區(qū)楊家坪點(diǎn)位的光化學(xué)作用與臭氧的消耗都要高于縉云山；第二，楊家坪夜間的濃度水平較低，而縉云山夜間濃度水平較高。這說明楊家坪臭氧濃度依賴于臭氧的前體物NOx，VOCs，CO等，白天城區(qū)的NOx和VOCs的濃度水平較高，經(jīng)過光化學(xué)作用生成臭氧，因此從圖2可以看出，從上午9：00～16：00臭氧濃度逐漸增加，這段時(shí)間與光化學(xué)作用過程相吻合［4］。而縉云山從上午11：00開始臭氧持續(xù)增加，直至18：00達(dá)到最大值，持續(xù)時(shí)間為9h，出峰時(shí)間的嚴(yán)重滯后和積累時(shí)間的延長都表明縉云山還有其他重要來源。

2.2 臭氧濃度的月變化特征

縉云山、楊家坪兩地臭氧監(jiān)測點(diǎn)位月均值濃度變化趨勢對比見圖3。臭氧濃度月變化趨勢特征見圖3。

圖3 臭氧監(jiān)測點(diǎn)位月均值濃度變化趨勢對比

圖4 UV－A月均值濃度變化特征

從圖3可以看出，縉云山與楊家坪點(diǎn)位均呈現(xiàn)6～8月臭氧濃度最高，12、1、2月臭氧濃度最低，春秋兩季次之的單峰狀總體趨勢。臭氧濃度月變化趨勢與太陽輻射的月變化趨勢（見圖4）也是一致的。重慶地區(qū)夏季氣溫高，光照強(qiáng)度較大，且日照時(shí)間長，而冬季陽光稀少，多陰霧天氣的地理氣候條件所致，因此在臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中呈現(xiàn)出一定的區(qū)域性時(shí)空季節(jié)特征［5］。

結(jié)合臭氧濃度的日變化特征和月變化特征，縉云山不管從小時(shí)濃度值還是月均值濃度都明顯高于楊家坪點(diǎn)位，但是兩者的變化趨勢基本一致。這是因?yàn)榭N云山點(diǎn)位作為重慶市遠(yuǎn)郊監(jiān)測點(diǎn)位，海拔明顯高于主城，日照時(shí)間長且強(qiáng)度更甚，而縉云山無明顯污染源，車流量極小，因此臭氧耗損也較小。另外據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［6］，植被排放的NMHC（主要是異戊二烯和萜烯類物質(zhì)［7］）能夠增加大氣化學(xué)系統(tǒng)的活性，使氫自由基增加，促進(jìn)了臭氧的生成，這也是天然臭氧的重要來源?？N云山這個(gè)點(diǎn)位植被覆蓋率非常高，植被排放的NMHC較高，可以導(dǎo)致縉云山臭氧濃度明顯比城區(qū)高。而楊家坪點(diǎn)位位于九龍坡區(qū)中心地段交通密集樞紐處，汽車尾氣排放中的一氧化氮快速消耗了環(huán)境空氣中的臭氧，導(dǎo)致楊家坪環(huán)境空氣中的臭氧濃度較低，這與交通路邊站臭氧濃度較低［8］情況是相符的。

2.3 臭氧與氣溫、UV－A的相關(guān)性分析

臭氧與氣溫、UV－A的相關(guān)性見圖5，圖6，圖7。

圖5 臭氧與氣溫的日變化特征圖

圖7 氣溫與UV－A的日變化特征圖

從圖5和圖6可見，臭氧與氣溫之間存在較好的正相關(guān)性。在日變化規(guī)律中，臭氧的濃度隨著氣溫的升高而增加，當(dāng)溫度達(dá)到最高溫時(shí)，臭氧濃度也達(dá)到了最大值。圖7可見，UV－A從早上太陽出來開始逐漸增強(qiáng)，一直到中午12點(diǎn)達(dá)到峰值，之后開始逐漸下降；而氣溫也隨著太陽輻射的增加而升高，但是氣溫要比太陽輻射滯后2～3h。然而臭氧是在太陽輻射照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的二次污染，因此臭氧、氣溫和UV－A的日變化規(guī)律都有很好的相關(guān)性，氣溫和UV－A可以作為影響臭氧污染水平的重要指標(biāo)。臭氧和氣溫的相關(guān)性的方程為：y＝0.024 4x－0.664 6，相關(guān)系數(shù)R為0.93。這一研究結(jié)果與其他地區(qū)相似。

2.4 臭氧與濕度的相關(guān)性分析

臭氧與濕度的相關(guān)性分析見圖8和圖9。

圖8 臭氧和濕度的日變化特征圖

圖9 臭氧與濕度的相關(guān)性

從圖8和圖9可見，臭氧濃度水平與濕度之間存在著較好的負(fù)相關(guān)性。在日變化中，隨著濕度的逐漸降低臭氧濃度逐漸升高，當(dāng)濕度達(dá)到日最低時(shí)，臭氧濃度達(dá)到峰值。當(dāng)然濕度的變化與氣溫、UV－A都是息息相關(guān)的，濕度隨著氣溫的上升而降低，當(dāng)氣溫在下午14：00～15：00達(dá)到最高時(shí)，濕度較氣溫滯后1h達(dá)到最低值。臭氧與濕度的相關(guān)性可以用公式y(tǒng)＝－0.007 5x＋0.431 9來表示，相關(guān)系數(shù)R為0.92。

3 結(jié)論

（1）遠(yuǎn)郊縉云山點(diǎn)位小時(shí)濃度值和月均值濃度均高于城區(qū)楊家坪點(diǎn)位，縉云山作為市區(qū)環(huán)境質(zhì)量清潔對照點(diǎn)以及市區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)點(diǎn)，其周圍環(huán)境狀況與城區(qū)楊家坪不同，表明臭氧作為二次污染物的濃度水平與前體物的一次污染物的濃度不一致。

（2）臭氧濃度呈現(xiàn)出典型的季節(jié)性變化。臭氧濃度最高季節(jié)為夏季，春秋季次之，冬季臭氧濃度最低。而臭氧小時(shí)濃度值變化呈現(xiàn)明顯的日變化規(guī)律，白天濃度高，夜間濃度低，一般在下午16：00～18：00達(dá)到峰值。

（3）臭氧與氣溫、UV－A之間存在較好的正相關(guān)性，氣溫和UV－A可以作為影響臭氧污染水平的重要指標(biāo)；臭氧與濕度之間存在較好的負(fù)相關(guān)性，隨著濕度的逐漸降低臭氧濃度逐漸升高。

［1］安俊琳.北京大氣臭氧濃度變化特及其形成機(jī)制研究［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2007.

［2］黃志新.上海市郊春季臭氧及其前體物觀測研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，5（34）：87－89.

［3］吳瑞霞，浦一芬，張美根，等.北京市夏季臭氧變化特征的觀測研究［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，5（28）：690－694.

［4］馬志強(qiáng)，王躍思，張小玲，等.北京城區(qū)與下游地區(qū)臭氧對比研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2011，4（32）：924－929.

［5］黃 偉，余家燕，劉 萍，等.重慶市城區(qū)臭氧監(jiān)測狀況及現(xiàn)狀簡析［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010，2（3）：8－10.

［6］韓志偉，張美根，王勤根.生態(tài)NMHC對臭氧影響的數(shù)值模擬研究［A］.第九屆全國大氣環(huán)境與污染學(xué)術(shù)會議論文集［C］.北京：中國學(xué)術(shù)期刊電子出版社，2001：172－179.

［7］陳 陽，傅立新，郝吉明.城市光化學(xué)污染機(jī)理與規(guī)律研究進(jìn)展［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2000，4（19）：167－170.

［8］劉 萍，翟崇治，余家燕，等.重慶市道路交通空氣監(jiān)測現(xiàn)狀及控制對策［J］.四川環(huán)境，2012，1（31）：37－41.