太原城市環(huán)境空氣中臭氧濃度的變化特征

＊王 正

（山西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 山西 030027）

太原城市環(huán)境空氣中臭氧濃度的變化特征

＊王 正

（山西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 山西 030027）

為探討O3在環(huán)境空氣中的變化趨勢(shì)，利用2015年太原市城市環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)8個(gè)城市趨勢(shì)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合空間分布以及NO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料，對(duì)太原市環(huán)境空氣中的O3濃度變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：太原市環(huán)境空氣中的O3濃度存在明顯的季節(jié)變化，總體呈現(xiàn)為夏秋季節(jié)高，春冬季節(jié)低的變化趨勢(shì)，濃度最大值出現(xiàn)在夏季6月份。O3空間分布總體呈現(xiàn)為東部相對(duì)較低，向西部逐漸升高的變化趨勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)對(duì)太原市城市環(huán)境空氣中的O3與NO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)O3與NO2濃度在時(shí)間變化上存在明顯的負(fù)相關(guān)性。

臭氧；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；污染物濃度變化

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市規(guī)模擴(kuò)大與機(jī)動(dòng)車尾氣排放的劇增，導(dǎo)致近年來環(huán)境空氣污染類型由煤炭型污染逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合污染，并由此帶來的城市光化學(xué)煙霧現(xiàn)象已成為了當(dāng)前城市環(huán)境空氣質(zhì)量改善所面臨的重要問題之一。城市光化學(xué)煙霧是指含有氮氧化物、一氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)物的大氣，在較強(qiáng)的太陽(yáng)輻射的照射下發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生高濃度臭氧為特征的混合物。

太原市是我國(guó)工業(yè)、能源重要基地，聚集了太原鋼鐵，太原化工、太原熱電等諸多大型鋼鐵、化工、電力等企業(yè)，而這些企業(yè)在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)倪^程是環(huán)境空氣中O3前驅(qū)物的重要來源，這勢(shì)必會(huì)對(duì)太原及其周邊的環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，造成區(qū)域O3的污染。但目前針對(duì)太原市大氣中O3濃度變化特征的研究不多，對(duì)太原環(huán)境空氣質(zhì)量問題缺少全面的認(rèn)識(shí)。

本文以太原市環(huán)境空氣城市自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析其時(shí)間、空間變化特征，并對(duì)污染物間的相互反應(yīng)的影響，進(jìn)行了特征分析。

1.材料及方法

太原市城市環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)始建于上世紀(jì)80年代，90年代初已建成覆蓋全市建成區(qū)面積的環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，2012年完成全市環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)所用監(jiān)測(cè)儀器的更新和擴(kuò)項(xiàng)工作，使監(jiān)測(cè)能力更進(jìn)一步得到完善，能夠更加真實(shí)、準(zhǔn)確的反映出太原市市區(qū)環(huán)境質(zhì)量的整體變化情況。

目前，太原市8個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)趨勢(shì)點(diǎn)位的O3監(jiān)測(cè)儀均使用美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的49i型監(jiān)測(cè)設(shè)備，并配套相應(yīng)的49i-PS校準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀器的溯源工作。QA/QC工作則嚴(yán)格按照中國(guó)環(huán)境保護(hù)部與中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及規(guī)范日常操作的作業(yè)指導(dǎo)書的相關(guān)要求開展。

本文所用太原市2015年期間環(huán)境空氣O3和NO2質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》數(shù)據(jù)有效性最低要求進(jìn)行校驗(yàn)，剔除無效數(shù)據(jù)。同時(shí)，在統(tǒng)計(jì)和運(yùn)用過程中大量使用了SPSS、EXCEL以及地理信息系統(tǒng)Arc GIS9．20等統(tǒng)計(jì)和分析軟件。

2.結(jié)果與討論

(1)O3質(zhì)量濃度時(shí)間變化

根據(jù)太原市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2015年，太原市臭氧日8小時(shí)滑動(dòng)平均濃度超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)共計(jì)24天，占2015年監(jiān)測(cè)總天數(shù)的6．6%。同時(shí)。超標(biāo)天數(shù)主要集中在6月份，共計(jì)出現(xiàn)超標(biāo)天數(shù)18天，占超標(biāo)總天數(shù)的75%，占全年監(jiān)測(cè)總天數(shù)的4．9%。同時(shí)根據(jù)圖1可以看出太原市臭氧污染整體呈現(xiàn)為春冬低，夏秋高等趨勢(shì)，符合臭氧的產(chǎn)生受強(qiáng)日照輻射生成的基本情況。

圖1 2015年太原市臭氧日小時(shí)均值與臭氧日8小時(shí)滑動(dòng)均值變化圖

通過對(duì)太原市2015年各月臭氧日8小時(shí)滑動(dòng)均值的第百分之九十位數(shù)的統(tǒng)計(jì)（見圖2），表現(xiàn)出太原市臭氧污染最重的月份為6月，其次分別為7月、8月、5月，污染最輕的月份為12月，各月臭氧濃度的變化情況符合日照強(qiáng)度和時(shí)間（2015年夏至為6月22日，冬至為12月22日）對(duì)臭氧濃度變化影響的實(shí)際情況。

圖2 2015年各月太原市臭氧日8小時(shí)滑動(dòng)均值第90%位數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

(2)O3質(zhì)量濃度空間變化

通過對(duì)太原市各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位2015年全年日臭氧8小時(shí)滑動(dòng)均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果并結(jié)合地理信息系統(tǒng)對(duì)太原市各點(diǎn)位監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)太原市各城區(qū)及周邊臭氧污染情況以不同的顏色進(jìn)行表征，結(jié)果顯示太原市臭氧分布情況呈現(xiàn)出東部污染相對(duì)較低，西部較高的整體污染物空間分布特征。結(jié)合風(fēng)向等因素認(rèn)為造成上述情況的原因?yàn)椋禾谐粞跷廴据^重的時(shí)間段主要在6月-8月，期間太原主要受太平洋暖氣流影響，主導(dǎo)風(fēng)向主要為東風(fēng)與東南風(fēng)，同時(shí)，在臭氧的產(chǎn)生過程中臭氧前驅(qū)物相互反應(yīng)的需一定的時(shí)間進(jìn)行，在濃度升高過程中在時(shí)間和空間中有一定的滯后性，從而形成太原市臭氧污染空間分布的東低西高的特征，太原市空間分布特征詳見圖3、圖4。

圖3 太原市臭氧污染空氣分布情況圖

圖4 太原市各點(diǎn)位臭氧濃度統(tǒng)計(jì)情況圖

(3)臭氧與二氧化氮間濃度變化

通過對(duì)太原市臭氧污染時(shí)間變化特征的分析：6月為太原市臭氧污染最嚴(yán)重的時(shí)段，為能夠更加明確的表征太原市臭氧與二氧化氮濃度變化之間的關(guān)系，本分析僅使用6月份臭氧小時(shí)值各點(diǎn)位的最大值的均值進(jìn)行計(jì)算。

從圖5可以看出，臭氧與二氧化氮濃度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出明顯反比的關(guān)系：太原市臭氧濃度升高時(shí)段開始于7-8時(shí)，伴隨臭氧濃度的升高，二氧化氮濃度不斷的下降，下午13-14時(shí)臭氧濃度達(dá)到最大，并一直持續(xù)到16時(shí)后，臭氧才出現(xiàn)較大幅度的下降，通過不斷的擴(kuò)散和還原作用，凌晨5-6時(shí)，臭氧濃度達(dá)到最低值。而二氧化氮濃度呈現(xiàn)為凌晨4-5時(shí)達(dá)到最大，下午15-16時(shí)降到最低。分析結(jié)果符合二氧化氮與臭氧濃度間的變化關(guān)系。

圖5 太原市臭氧污染物濃度與二氧化氮污染物濃度變化趨勢(shì)圖

3.結(jié)論

(1)太原市環(huán)境空氣2015年O3濃度變化總體呈現(xiàn)為春冬季節(jié)低，夏秋季節(jié)高的變化趨勢(shì)，日變化趨勢(shì)呈現(xiàn)為凌晨最低，正午12時(shí)后1-2小時(shí)后達(dá)到全天最大值。

(2)日照、氣溫是影響太原市環(huán)境空氣中O3濃度的重要因素。6月中下旬達(dá)到太原O3峰值。且根據(jù)太原風(fēng)向的影響，總體呈現(xiàn)為東部O3濃度較低，并向西逐步升高的變化趨勢(shì)。

(3)環(huán)境空氣中二氧化氮是高溫高日照輻射下產(chǎn)生O3的主要前驅(qū)物，通過對(duì)2015年太原市環(huán)境空氣中臭氧與二氧化氮污染物濃度變化情況的分析，臭氧與二氧化氮濃度呈反比變化，即隨著臭氧濃度的上升，二氧化氮濃度逐步下降；隨著臭氧濃度的降低，二氧化氮濃度逐步上升。

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王正（1982～），男，山西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，研究方向：環(huán)境質(zhì)量（空氣、地表水）自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

(責(zé)任編輯盧鳳英）

Taiyuan city environment variation characteristics of ozone concentration in the air

Wang Zheng
(Environmental monitoring center in Shanxi Province, Shanxi, 030027)

To explore O3in environmental trends in the air, use of taiyuan city environmental monitoring network in 2015 eight cities trend of monitoring data as the foundation, combined with the spatial distribution and NO2monitoring data such as data, changes the O3concentration in the air in taiyuan city environment characteristics were analyzed. Results show that the environment of taiyuan city O3concentration obvious seasonal change, in the air for the summer and fall season is high, the general trend of the festival in the spring and winter low maximum concentration in summer in June. O3spatial distribution of general is relatively low in the east, west gradually rising trend. At the same time, according to NO2and O3in taiyuan city ambient air monitoring data analysis, found the concentration of NO2and O3on time there is an obvious negative correlation.

Ozone；automatic monitoring；pollutant concentration changes

T

A