楊燕萍 王莉娜 楊麗麗 陶會杰

摘要：為研究蘭州市臭氧污染特征及與氣象因子相關(guān)性，對 2016-2018年蘭州市5個國控環(huán)境空氣監(jiān)測站點(diǎn)O3連續(xù)小時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明： 近3年蘭州市臭氧污染日趨嚴(yán)重，其作為首要污染物從2016年75d發(fā)展為2018年112d，O3-8h 90百分位年均濃度值從2016年125.71μg/m3增長為146.58μg/m3。夏季污染天數(shù)最多，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季的特征，臭氧濃度日變化特征呈明顯單峰型分布，15： 00左右出現(xiàn)峰值，同時存在周末效應(yīng)。O3與氣象因子相關(guān)性研究表明：與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.52，與相對濕度、氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速相關(guān)性較低，與風(fēng)向存在正相關(guān)，但相關(guān)性不明顯。

關(guān)鍵詞：臭氧;蘭州;氣象因子;污染特征

中圖分類號：X512 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）11-00-02

Abstract：In order to study the relevance between pollution characteristics of O3 and meteorological factor in LanZhou， The O3 hourly monitoring data of the national atmospheric environment monitoring network system from 2016 to 2018 were analyzed.The results show that in recent three years， O3 pollution in lanzhou is becoming increasingly serious. As the primary pollutant， it has developed from 75d in 2016 to 112d in 2018， and the 90% annual average annual concentration of O3-8h has increased from 125.71μg/m3 in 2016 to 146.58μg/m3 in 2018.The number in summer is the most， which is characterized by summer> spring > autumn > winter.The diurnal variation of O3 concentration shows an obvious single-peak distribution， with a peak around 15：00， and weekend effect.Research on the relevance between O3 and meteorological factors shows that O3 is positively correlated with temperature， with the relevance of 0.52， significantly negatively correlated with relative humidity and air pressure， slightly correlated with wind speed， and positively correlated with wind direction， but not significantly correlated.

Keywords：ozone; Lanzhou; meteorological factors; pollution characteristics

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城市空氣污染日趨嚴(yán)重，呈現(xiàn)出以細(xì)顆粒物和臭氧污染為主的區(qū)域性、復(fù)合性污染特征，環(huán)境空氣質(zhì)量改善刻不容緩。近幾年，隨著大氣污染防治攻堅戰(zhàn)和藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)實(shí)施，我國PM2.5污染狀況逐步好轉(zhuǎn)，臭氧卻出現(xiàn)不降反升的趨勢，成為城市和區(qū)域特定時間段大氣首要污染物[1]。臭氧作為二次污染物，是主要大氣污染物之一，臭氧污染對大氣輻射、動植物生長、人體健康有顯著影響，產(chǎn)生很多方面生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[2]。近地面臭氧濃度的升高受多方面因素的影響，如氣象因素、臭氧前體物（氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物）排放增加、臭氧背景濃度的升高及區(qū)域傳輸?shù)?，不同城市臭氧污染特征和影響因素各有差異?/p>

20世紀(jì)80年代前后，蘭州光化學(xué)污染曾引起人們的廣泛關(guān)注。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和機(jī)動車保有量不斷增加，蘭州市臭氧污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重，其作為首要污染物從2016年75d發(fā)展為2018年112d，超標(biāo)率也逐年上升。目前國內(nèi)外學(xué)者針對臭氧污染問題開展了多方面的研究，如安俊琳等人通過對氣象要素及臭氧前體物研究，探討了臭氧不同季節(jié)、時段的產(chǎn)生機(jī)制[3]，胡子梅等人對蚌埠市臭氧污染及持續(xù)性污染過程分析研究[4]。而針對蘭州 O3污染特征及氣象因子相關(guān)性研究較少?；诖?，本研究依據(jù) 2016年1月1日-2018年12 月31日蘭州市5個國控環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)臭氧逐時監(jiān)測數(shù)據(jù)等資料進(jìn)行分析研究，以期為蘭州市臭氧污染治理及管控措施提供數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 研究區(qū)概況

蘭州市位于中國西北部黃河河谷盆地內(nèi)，地形呈狹長狀，地勢自西南向東北傾斜，地貌復(fù)雜多樣，形成峽谷與盆地相間的串珠形河谷，是典型的西北河谷型城市。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取與評價

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取

蘭州市環(huán)境監(jiān)測站自動監(jiān)測室是國家大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成部分，全部環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站共計21個，其中國控子站5個，本次研究所使用的環(huán)境空氣質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)來源全國環(huán)境空氣質(zhì)量實(shí)時發(fā)布平臺（http：//106.37.208.233：20035/）公布的蘭州市5個國控點(diǎn)24 h連續(xù)監(jiān)測資料，分別位于：a蘭煉賓館（西固區(qū)）、b職工醫(yī)院（七里河區(qū)）、c生物制品所（城關(guān)區(qū)）、d鐵路設(shè)計院（城關(guān)區(qū)）、e榆中蘭大校區(qū)（榆中縣），監(jiān)測時間2016年1月1日-2018年12月31日。觀測期間應(yīng)獲取有效監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本為131400h， 因儀器維修維護(hù)、斷電、校準(zhǔn)等意外原因，造成小時數(shù)據(jù)缺失而剔除的數(shù)據(jù)異常值總計2315h，剔除后數(shù)據(jù)有效獲取率為98.24%，滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）有關(guān)污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計有效性要求，同時采用監(jiān)測站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行臭氧與其相關(guān)性分析。

2.2 觀測儀器

蘭州市環(huán)境監(jiān)測站自動監(jiān)測站點(diǎn)O3監(jiān)測采用澳大利亞O3分析儀ECOTECHEC9831，利用臭氧在波長253.7nm紫外條件下通過時，具有最大吸收系數(shù)且會發(fā)生衰減，依據(jù)其衰減程度確定濃度。監(jiān)測設(shè)備每周開展一次巡檢，保證具有良好運(yùn)行狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。

3 結(jié)果與討論

3.1 蘭州市O3年變化特征分析

2016年O3-8h 90百分位年均濃度值為125.71μg/m3，作為首要污染物為75d，占比為21.13%，超標(biāo)20d，超標(biāo)率為5.5%，綜合污染指數(shù)為0.9;2017年O3-8h 90百分位年均濃度值為135.92μg/m3，作為首要污染物為103d，占比為28.69%，超標(biāo)44d，超標(biāo)率為12.1%，綜合污染指數(shù)為1.02;2018年O3-8h 90百分位年均濃度值為146.58μg/m3，作為首要污染物為112d，占比為31.91%，超標(biāo)54d，超標(biāo)率為14.8%，綜合污染指數(shù)為1.08。分析表明2016-2018 年蘭州市O3-8h 90百分位濃度呈現(xiàn)出逐年上升趨勢，同時臭氧作為首要污染物及其超標(biāo)率也上升明顯。

3.2 蘭州市O3季節(jié)變化特征分析

蘭州市四季分明，考慮臭氧的光化學(xué)反應(yīng)對不同的氣象條件反饋突出，因此其在各季節(jié)的變化特征也有所不同，據(jù)此對不同季節(jié)變化加以分析。2018年，蘭州市春、夏、秋、冬不同季節(jié)O3-8h 90百分位平均濃度分別為167μg/m3，202μg/m3、138μg/m3和80μg/m3，秋季和冬季O3-8h 90百分位低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）二級濃度限值，夏季和春季O3-8h 90百分位分別超出二級標(biāo)準(zhǔn)限值0.26倍和0.04倍。夏季污染天數(shù)最多，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季的特征，這與崔蕾等對我國成都市臭氧污染季節(jié)特征研究結(jié)果一致。春季 O3的高峰現(xiàn)象可能由春季多發(fā)“對流層頂折疊”現(xiàn)象及對流層上部高濃度 O3通過沉降和平流作用向下輸送所造成[5-6]。

3.3 蘭州市O3月度變化特征分析

分析2018年蘭州市O3濃度月變化表明，污染主要集中在4-9月，6-8月O3污染日最多，其中7月達(dá)到最高月濃度218μg/m3，最低月12月63μg/m3濃度之比為達(dá)到3.46。

3.4 蘭州市O3日變化特征分析

統(tǒng)計觀測期間2018年所有日期各時刻的 O3濃度平均，發(fā)現(xiàn)蘭州市O3日變化特征呈現(xiàn)明顯單峰型，夜間至日出（00：00-08：00）前，O3濃度相對較低，從08：00開始，在太陽光持續(xù)照射下，紫外輻射增強(qiáng)，O3濃度呈現(xiàn)出逐漸上升趨勢，至15：00出現(xiàn)峰值，15：00過后，隨著光照和紫外輻射減弱，O3濃度逐漸降低。造成O3 典型濃度日變化的主要原因可能為夜間無太陽輻射，NO等還原性物質(zhì)與其發(fā)生氧化反應(yīng)，消耗了一部分O3。這與其他研究人員如朱毓秀等所述臭氧日變化特點(diǎn)基本一致[7]。

3.5 蘭州市O3周末效應(yīng)和節(jié)假日特征分析

本次研究中將觀測數(shù)據(jù)劃分為周末（星期六和星期天）、工作日（星期一至星期五）兩類數(shù)據(jù)，由觀測期間所有工作日相同時刻平均濃度得出O3 的工作日小時濃度，同時采用相同方法得到周末數(shù)據(jù)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)周末O3濃度 24 h 均高于對應(yīng)時刻工作日濃度，蘭州市兩者日濃度曲線變化呈現(xiàn)單峰型，峰值出現(xiàn)在15：00左右，比成都地區(qū)早1h左右，與其他研究人員針對北京市周末、工作日 O3 日變化曲線出現(xiàn)2次峰值的結(jié)論有所不同[8]。蘭州市周末臭氧濃度峰值比工作日濃度峰值高1.06%，峰值出現(xiàn)時刻與工作日無明顯差異。初步表明，蘭州市區(qū)存在 O3“周末效應(yīng)”。

同時統(tǒng)計分析了五一、中秋節(jié)、十一國慶假期等各節(jié)假日與其所在月份工作日的臭氧濃度變化特征，由于各個節(jié)假日所處時段的氣象條件不同，光化學(xué)反應(yīng)過程及區(qū)域輸送等條件均存在差異性，不同節(jié)假日人們的出行需求和交通工具等也存在隨機(jī)性，各個假期 O3濃度日變化特征與該假期所在月工作日O3濃度日變化特征差異無明顯規(guī)律性。

3.6 O3濃度與氣象因素相關(guān)性分析

分析臭氧濃度與溫度的相關(guān)性，溫度越高，越有利于臭氧生成，O3濃度與溫度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.52;相對濕度直接反映了大氣中的水汽含量，具有明顯的晝夜變化和日變化差異，對O3與相對濕度進(jìn)行線性相關(guān)分析，其整體呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.17，相對濕度越大，臭氧濃度越低，尤其是陰雨天氣，無太陽光照，且相對濕度較高，不有利于臭氧生成;O3與氣壓進(jìn)行線性相關(guān)分析，呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.35;與風(fēng)向進(jìn)行線性相關(guān)性分析，臭氧濃度與風(fēng)向存在正相關(guān)性，同時與風(fēng)速進(jìn)行線性相關(guān)性分析，臭氧濃度與風(fēng)速相關(guān)性較低，蘭州受臭氧局地生成和區(qū)域傳輸影響。

4 結(jié)論

（1） 蘭州市2016-2018年環(huán)境空氣中臭氧濃度和超標(biāo)率均呈現(xiàn)明顯上升趨勢，為夏季>春季>秋季>冬季特點(diǎn)。7月達(dá)到最高月濃度218μg/m3，與最低月12月63μg/m3濃度之比達(dá)到3.46，其日變化特征呈現(xiàn)明顯單峰型，峰值主要出現(xiàn)在15：00左右。（2） 蘭州市 O3的周末濃度高于工作日濃度，存在“周末效應(yīng)”，但相比于北京市區(qū)等發(fā)達(dá)城市，蘭州市周末效應(yīng)不明顯。同時“節(jié)假日效應(yīng)”受多重因素影響，表現(xiàn)出隨機(jī)無規(guī)律性。（3） O3濃度與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.52，與相對濕度、氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速相關(guān)性較低，與風(fēng)向存在正相關(guān)，相關(guān)性不明顯。

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收稿日期：2019-08-23

作者簡介：楊燕萍（1989-），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警研究。