張宗慶，張永江，鄧 茂，王祥炳，姚 靖（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，重慶 409000）

黔江區(qū)大氣臭氧濃度變化特征及相關(guān)影響因素研究

張宗慶，張永江，鄧 茂，王祥炳，姚 靖
（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，重慶 409000）

以黔江區(qū)城區(qū)大氣中O3質(zhì)量濃度觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，研究其濃度變化特征及相關(guān)氣象因子的影響。結(jié)果表明：全年觀測(cè)期間下壩O3小時(shí)濃度未出現(xiàn)超標(biāo)，區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)共有25d出現(xiàn)O3日最大質(zhì)量濃度超標(biāo)情況，最大O3質(zhì)量濃度達(dá)到262.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)年均O3質(zhì)量濃度分別為52.5μg／m3和78.1μg／m3。兩個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)O3小時(shí)濃度在四季均呈明顯的單峰分布。氣溫和風(fēng)速是影響黔江區(qū)大氣O3質(zhì)量濃度的重要因素。

臭氧；變化特征；研究；氣象因子；影響；黔江區(qū)

0 引言

受人類活動(dòng)影響，城市大氣污染成為當(dāng)前關(guān)注焦點(diǎn)。臭氧是影響城市大氣環(huán)境的重要污染氣體之一。由于近年來(lái)近地面臭氧（O3）濃度不斷增加，研究城市大氣環(huán)境中O3濃度的形成和變化已成為國(guó)際國(guó)內(nèi)關(guān)注的環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域重要前沿課題。伴隨著城市規(guī)?？焖贁U(kuò)增和機(jī)動(dòng)車尾氣排放的增加，城市大氣環(huán)境中的NOx、CHx、CO、NMHC和醛類等污染物經(jīng)過(guò)一系列光化學(xué)反應(yīng)形成城市光化學(xué)煙霧污染，這些物質(zhì)是O3生成重要前體污染物［1-2］。O3也成為光化學(xué)煙霧的特征污染物質(zhì)之一，占光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的85％以上［3］。

城市大氣中近地面O3污染已引起高度關(guān)注，主要集中于研究O3的污染特征、變化規(guī)律和相關(guān)影響因素。在日本、歐洲和中國(guó)等地進(jìn)行了許多觀測(cè)分析與研究。近地面O3濃度變化受氣象條件（如：氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等）影響很大，不同季節(jié)O3日變化特征呈明顯變化趨勢(shì)［4］。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黔江區(qū)機(jī)動(dòng)車保有量逐漸增長(zhǎng)。機(jī)動(dòng)車快速增長(zhǎng)給黔江區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量造成了顯著的負(fù)面影響。

黔江區(qū)地處武陵山腹地，位于渝東南邊緣，是重慶市委、市政府確定的渝東南地區(qū)中心城市，被命名為“全國(guó)低碳國(guó)土實(shí)驗(yàn)區(qū)”，“2012年11月28日，黔江區(qū)被聯(lián)合國(guó)環(huán)境基金會(huì)評(píng)為“綠色中國(guó)·杰出綠色生態(tài)城市”。因此，對(duì)黔江區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量和特征污染物的研究非常重要。本文以黔江區(qū)城區(qū)大氣中O3質(zhì)量濃度觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，研究其時(shí)間變化特征及相關(guān)氣象因子的影響，為黔江區(qū)中心城市O3污染防治和深入研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

觀測(cè)站位于黔江區(qū)區(qū)政府會(huì)議樓和下壩民族中學(xué)，為國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)施24h連續(xù)采樣。自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物（PM10）、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度等相關(guān)參數(shù)，監(jiān)測(cè)頻率為24h連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，執(zhí)行 《HJ／T193-2005環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》。兩個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的資料可以代表黔江區(qū)城區(qū)大氣污染特點(diǎn)。

O3觀測(cè)儀器采用瑞典OPSIS公司的長(zhǎng)光程DOAS分析系統(tǒng)（AR500），通過(guò)OPSIS的控制軟件，實(shí)現(xiàn)分析儀的所有功能，包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學(xué)元件的運(yùn)作、數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析處理以及分析儀的輸入和輸出通訊。發(fā)射器光源采用高壓氙燈（B類），氙燈發(fā)射出的平穩(wěn)覆蓋波長(zhǎng)包括紫外波段（0.2～0.4μm）和可見(jiàn)光波段（0.4～0.7μm）。DOAS技術(shù)的理論基礎(chǔ)是Beer-Bouguer-Lambert定律，通過(guò)窄帶分子的特征吸收波段來(lái)區(qū)分痕量氣體種類，利用測(cè)量的大氣光譜差分吸收光譜密度與標(biāo)準(zhǔn)吸收截面進(jìn)行最小二乘法擬合，從而確定氣體的質(zhì)量濃度，儀器詳細(xì)技術(shù)規(guī)范參見(jiàn)文獻(xiàn)［5］。O3測(cè)量范圍：0～1000μg／m3，最低檢測(cè)限：2μg／m3，零點(diǎn)漂移：±4μg／m3，年跨度漂移：±4％。

本文選取2013年對(duì)大氣O3質(zhì)量濃度進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。對(duì)所取得數(shù)據(jù)按照儀器規(guī)范進(jìn)行了質(zhì)量控制，剔出了無(wú)效數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1O3質(zhì)量濃度時(shí)間變化

2013年1月1日—12月31日黔江區(qū)2個(gè)空氣自動(dòng)觀測(cè)站O3日最大質(zhì)量濃度和日均質(zhì)量濃度的時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖1和圖2?！禛B3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中O3小時(shí)濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為200μg／m3。全年觀測(cè)期間下壩O3小時(shí)濃度未出現(xiàn)超標(biāo)，區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)共有25d出現(xiàn)O3日最大質(zhì)量濃度超標(biāo)情況，最大O3質(zhì)量濃度出現(xiàn)在2013年10月15日14∶00，達(dá)到262.1μg／m3，從圖可以看出，超標(biāo)主要出現(xiàn)在夏季。從圖2可以看出，下壩觀測(cè)站點(diǎn)O3日均濃度值在春夏季較高，而區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)在夏秋季相對(duì)較高。O3日均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，下壩站春季平均質(zhì)量濃度為61.8μg／m3，夏季為67.0μg／m3，秋季為49.5μg／m3，冬季為31.5μg／m3；區(qū)政府站春季平均質(zhì)量濃度為86.0μg／m3，夏季為80.2μg／m3，秋季為91.1μg／m3，冬季為55.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)年均O3質(zhì)量濃度分別為52.5μg／m3和78.1μg／m3。

圖1 O3日最大值質(zhì)量濃度的時(shí)間序列

圖2 O3日均質(zhì)量濃度的時(shí)間序列

2.2 同季節(jié)O3質(zhì)量濃度變化

圖3繪出了不同季節(jié)下的臭氧濃度日變化曲線。由圖3可以看出，下壩和區(qū)政府臭氧小時(shí)濃度在四季均呈明顯的單峰分布，且臭氧濃度一般在凌晨07∶00左右達(dá)到最低值，之后濃度迅速上升，15∶00左右出現(xiàn)最大值。這與目前城市地區(qū)典型臭氧質(zhì)量濃度日變化規(guī)律相符合［6-8］。黔江地區(qū)臭氧濃度季節(jié)變化趨勢(shì)比較明顯，冬季臭氧濃度明顯小于春季、夏季、秋季。變化趨勢(shì)與其他地區(qū)有所不同，和成都地區(qū)臭氧濃度變化類似［9-10］，這可能是黔江地區(qū)位于四川盆地盆周山地區(qū)域，屬中亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候所致。但下壩和區(qū)政府在春季、夏季、冬季三個(gè)季節(jié)臭氧濃度日變化秩序有所不同。由圖3可知，下壩地區(qū)臭氧濃度日變化依次為夏季、春季、秋季、冬季；區(qū)政府地區(qū)臭氧濃度日變化依次為秋季、夏季、春季、冬季。

圖3 O3日質(zhì)量濃度日變化

圖4 O3質(zhì)量濃度和氣相要素的月均值

2.3 氣象因素對(duì)O3質(zhì)量濃度的影響

氣象條件是影響近地面O3濃度的最主要因素之一，是造成O3濃度晝夜變化、日際變化、節(jié)際變化、年際變化的根本因素。太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、相對(duì)濕度等是臭氧濃度變化比較重要的影響因素。為了研究黔江地區(qū)O3濃度的變化，圖4給出了下壩和區(qū)政府兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的月均O3質(zhì)量濃度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和氣溫的變化曲線。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)下壩O3濃度均值呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異，一年中6月O3質(zhì)量濃度最高（均值為68.8μg／m3），11月O3質(zhì)量濃度最低（均值為30.4μg／m3）。夏季的高溫有利于O3的形成，但下壩地區(qū)O3質(zhì)量濃度比5月低25％。風(fēng)速增大，有利于該地區(qū)O3的擴(kuò)散，而濕度對(duì)其影響比較小。9月月均溫度達(dá)到全年最高（31.3℃），由于風(fēng)速和相對(duì)濕度達(dá)到全年最大，使得9月的O3質(zhì)量濃度略低于8月。這除了風(fēng)速大，有利于O3的擴(kuò)散外，相對(duì)濕度大也起到了一定的作用。這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度大時(shí)空氣中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太陽(yáng)輻射，同時(shí)也吸收一部分游離態(tài)臭氧，因此不利于臭氧的生成［11］。

由圖4還可以發(fā)現(xiàn)區(qū)政府O3濃度均值也呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異，但與下壩地區(qū)有所不同。區(qū)政府一年中9月O3質(zhì)量濃度最高（均值為91.0μg／m3），12月O3質(zhì)量濃度最低（均值為36.5μg／m3），分別比下壩高32.3％、20.1％。查氣象資料可知，9月月均氣溫為20.8℃，與8月氣溫相比，溫差達(dá)到7℃，O3質(zhì)量濃度略高于8月，為全年O3質(zhì)量濃度最高值91.0μg／m3。這是因?yàn)?月的風(fēng)速要低于8月，不利于O3的擴(kuò)散。此外太陽(yáng)輻射、氣流來(lái)源不同、城市熱島效應(yīng)和逆溫現(xiàn)象對(duì)O3質(zhì)量濃度的影響也不可忽略。

從區(qū)政府和下壩全年風(fēng)玫瑰圖來(lái)看，區(qū)政府全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲魑髂戏较?，下壩為南方向。由圖4可知，下壩地區(qū)O3質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于區(qū)政府。這除了兩地氣相因素有所不同外，最主要的原因是區(qū)政府位于黔江城中心，人口密度大，機(jī)動(dòng)車尾氣污染是主要污染源。

3 結(jié)論

（1）全年觀測(cè)期間下壩O3小時(shí)濃度未出現(xiàn)超標(biāo)，區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)共有25d出現(xiàn)O3日最大質(zhì)量濃度超標(biāo)情況，最大O3質(zhì)量濃度達(dá)到262.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)O3質(zhì)量濃度呈明顯季節(jié)性變化，下壩觀測(cè)站點(diǎn)O3日均濃度值在春夏季較高，而區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)在夏秋季相對(duì)較高。下壩和區(qū)政府觀測(cè)站點(diǎn)年均O3質(zhì)量濃度分別為52.5和78.1μg／m3。

（2）下壩和區(qū)政府O3小時(shí)濃度在四季均呈明顯的單峰分布，這與目前城市地區(qū)典型O3質(zhì)量濃度日變化規(guī)律相符合。下壩地區(qū)O3濃度日變化由高到低依次為夏季、春季、秋季、冬季；區(qū)政府地區(qū)O3濃度日變化由高到低依次為秋季、夏季、春季、冬季。

（3）氣溫和風(fēng)速是影響黔江區(qū)大氣O3質(zhì)量濃度的重要因素。相對(duì)濕度大時(shí)空氣中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太陽(yáng)輻射，同時(shí)也吸收一部分游離態(tài)臭氧，因此不利于O3的生成，但對(duì)O3的質(zhì)量濃度影響較小。在西南和東南氣流作用下，O3質(zhì)量濃度偏高，而在西西南氣流作用下，O3質(zhì)量濃度較低。反映出影響該地區(qū)O3質(zhì)量濃度升高的污染源主要來(lái)自西南部。

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ChangesofOzoneConcentrationsandtheImpactFactorsinQianjiangDistrict

ZHANGZong-qing，ZHANGYong-jiang，DENGMao，WANGXiang-bing，YAOJing
（EnvironmentalMonitoringCenterStationofQianjiangDistrictinChongqing，Chongqing409000，China）

BasedontheobserveddataofozoneconcentrationandmeteorologicalfactorinQianjiangDistrict，the variationcharacteristicsofozoneconcentrationsandtheeffectsofmeteorologicalfactorswereanalyzed.Theresults showedthatthehourlyconcentrationofozonedidnotexceedthenationalstandardduringalltheyearroundinXia-bamonitoringsite.Thedailymaximumconcentrationsofozoneexceededthestandardtwenty-fivedaysinthewhole yearinQuzhengfumonitoringsite.Theobservedmaximumconcentrationofozonewas262.1μg／m3.Theannual averageconcentrationsofozonewere52.5μg／m3and78.1μg／m3inXiabaandQuzhengfurespectively.Thehourly concentrationsofozoneintwomonitoringsitesshowedobviousunimodaldistributioninfourSeasons.Temperature andwindspeeddemonstratedsignificantimpactsonozone.

Qianjiangdistrict；ozone；variationcharacteristics；meteorologicalfactors；impact

X51

A

1673-9655（2015）03-0041-05

2014-09-30

張宗慶（1968-），男，重慶彭水人，副高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。