文_張濤 張振華

1.日照市生態(tài)環(huán)境局; 2.日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院

臭氧（O3）主要分布在平流層中，能吸收紫外線，保護(hù)地球上的生物不被強(qiáng)烈的紫外線照射，然而近地面的臭氧對(duì)生活在地面上的人類、動(dòng)物、植物卻有極大危害。對(duì)流層中的O3主要由前體物，如NOx以及揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等，在一定的氣象條件下通過光化學(xué)反應(yīng)生成，且各前體物及氣象條件對(duì)O3的生成具有不同的作用。本文利用日照市空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了氮氧化物、氣象因子對(duì)臭氧濃度影響，為后期的臭氧污染治理及預(yù)報(bào)提供一定的理論支撐。

1 O3與NOx的污染狀況與討論

本文利用日照市近年空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將O3逐時(shí)濃度超過160.0ug/m3定義為超標(biāo)。

圖1 O3、NOx月均濃度變化

圖2 O3、NOx日均濃度變化

如圖1所示，O3月變化表現(xiàn)出弱雙峰結(jié)構(gòu)，其中臭氧濃度4～9月濃度均高于70ug/m3，5月濃度平均濃度最高，為95.9mg/m3，高于年度平均值36.4%；而1～2月，11～12月的O3濃度明顯低于年度平均值，其中1月份濃度最低，為33.5ug/m3。受輻射強(qiáng)度、溫度等影響，夏半年光化學(xué)反應(yīng)較強(qiáng)，同時(shí)夏半年邊界層高度較高，大氣湍流強(qiáng)，O3的垂直輸送過程也明顯，總體表現(xiàn)為O3夏半年濃度高于冬半年。5、6月份溫度升高，降水較少，輻射強(qiáng)度較大，其中5月份受邊界層條件影響O3平均濃度達(dá)到峰值。7、8月份為日照市雨季，降水集中，影響了光照和輻射強(qiáng)度，導(dǎo)致該時(shí)期O3低于5、6月份；10月份處于夏秋交界，降水較為頻繁，同時(shí)溫度開始下降，因此O3迅速下降。NOx主要來自于工業(yè)企業(yè)和移動(dòng)源等排放， 排放量較為穩(wěn)定，大氣邊界層擴(kuò)散條件對(duì)其污染物濃度起決定性作用。故4～9月的濃度相對(duì)較低，均低于年度平均值，其中7月的濃度最低，僅為29.4ug/m3；1月、12月的NOx濃度明顯高于全年均值，均超過80ug/m3，分別為80.2ug/m3、84.4ug/m3。

如圖2所示，O3和NOx的日變化也具有不同的特征。O3表現(xiàn)出明顯的單峰分布的日變化特征，受日照強(qiáng)弱以及邊界層抬升后的O3向下輸送的影響，其白天的濃度明顯高于夜間，11：00～20：00的濃度均要高于80.0ug/m3，于15：00達(dá)到峰值，為108.5ug/m3。對(duì)于NOx，變化主要取決于機(jī)動(dòng)車的尾氣排放和工業(yè)企業(yè)污染排放，日變化表現(xiàn)出弱峰深谷結(jié)構(gòu)，NOx濃度8時(shí)出現(xiàn)峰值，18至19時(shí)濃度有較明顯的增長過程，與早晚下班高峰有密切關(guān)系。22至23時(shí)濃度快速增長，之后一直維持至較高濃度，一方面夜間高度較低的邊界層甚至逆溫層的出現(xiàn)，夜間大氣擴(kuò)散能力不如白天，另一方面部分工業(yè)企業(yè)利用峰谷電價(jià)夜間生產(chǎn)，導(dǎo)致污染物排放量有所增加。使得夜間的NOx濃度處于較高濃度值，相反白天時(shí)，特別在正午時(shí)的NOx濃度要明顯低于夜間。

圖3 NOx與O3日均濃度變化

2 結(jié)果分析

2.1 NOx對(duì)O3的影響

NOx(NO+NO2) 其參與光化學(xué)反應(yīng)的過程有：

NO2+hv→NO+O

O+ O2+M→O3+M

O +NO→NO2+ O2

圖4 溫度與O3的關(guān)系圖

NOx對(duì)O3具有一定滴定作用，較低濃度的NOx往往伴隨著較高濃度的O3(如圖3)?？傮w表現(xiàn)出低濃度NOx對(duì)應(yīng)著高濃度O3，其中是在O3超標(biāo)基本均發(fā)生在NOx濃度為20～50ug/m3這個(gè)區(qū)間。因此，當(dāng)預(yù)測NOx濃度為0～50ug/m3可以作為加強(qiáng)O3污染防控的參考依據(jù)。

2.2 氣象因子對(duì)O3的影響

關(guān)于氣象條件對(duì)O3形成的影響已有了較多的研究結(jié)果。本文利用溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)場數(shù)據(jù)，研究日照市O3污染形成時(shí)主要?dú)庀笠蜃幼兓?/p>

2.2.1 溫度對(duì)O3的影響

太陽輻射強(qiáng)度對(duì)大氣光化學(xué)反應(yīng)具有重要影響，由于缺少相應(yīng)的太陽輻射，而大氣溫度的變化能較好的反映出太陽輻射強(qiáng)度的變化，所以本文中利用大氣溫度數(shù)據(jù)代替太陽輻射強(qiáng)度。

如圖4所示，隨著溫度的增加，O3濃度基本以線性形式增大。O3濃度超標(biāo)現(xiàn)象均出現(xiàn)在溫度超過10℃以上。

2.2.2 相對(duì)濕度對(duì)O3的影響

如圖5所示，日照市O3濃度與相對(duì)濕度關(guān)聯(lián)度較低，除極低相對(duì)濕度（低于20%）外，其余部分均有O3的超標(biāo)現(xiàn)象分布?？赡芘c日照市地處北方沿海地區(qū)，降水集中，高溫與高濕同時(shí)出現(xiàn)，且高溫起決定性作用，削弱了濕度的影響。

圖5 相對(duì)濕度與O3的關(guān)系圖

2.2.3 風(fēng)場對(duì)O3的影響

風(fēng)場對(duì)污染物的輸送具有重要的影響，不同的風(fēng)向決定了污染物輸送的不同來向，而風(fēng)速大小則能反映污染物的輸送效率或者污染物的清除效率。圖6、圖8表明，日照市在東南風(fēng)控制時(shí)，下風(fēng)向地區(qū)的O3濃度明顯較高，且風(fēng)速越大，O3濃度也越大，最高時(shí)能達(dá)90.0ug/m3左右。而當(dāng)受偏西風(fēng)影響，特別是西北風(fēng)影響時(shí)，其對(duì)應(yīng)的O3濃度明顯低于其他風(fēng)向。NOx的分布情況與O3呈反相位變化（圖7、圖9）。風(fēng)速越低，NOx濃度越高，其主要是NOx主要是由局地源（工業(yè)企業(yè)、機(jī)動(dòng)車船）排放產(chǎn)生，風(fēng)速越大，越有利于其的擴(kuò)散。

圖6 風(fēng)向與O3濃度的關(guān)系

圖7 風(fēng)向與NOx濃度的關(guān)系

圖8 風(fēng)速與O3濃度的關(guān)系

圖9 風(fēng)速與NOx濃度的關(guān)系

3 結(jié)論

（1）日照市O3濃度隨著NOx的濃度增長而降低，且當(dāng)NOx在20～50ug/m3時(shí)O3超標(biāo)率和O3平均濃度均達(dá)到峰值。該濃度范圍是日照市控制光化學(xué)污染發(fā)生的關(guān)鍵濃度。

（2）高溫環(huán)境有利于日照市O3污染的發(fā)生，O3濃度分別隨著溫度和增加線性增大和降低。相對(duì)濕度對(duì)日照市O3濃度影響較小。當(dāng)日照市受東南控制時(shí)，下風(fēng)向地區(qū)的O3濃度最高，而受偏西風(fēng)作用下， 特別是西北風(fēng)影響時(shí)，由于NOx的滴定作用，其對(duì)應(yīng)的O3濃度明顯低于其它風(fēng)向。

（3）從日照市NOx對(duì)O3有滴定作用的顯著性來看，當(dāng)前氮氧化物是日照市臭氧關(guān)鍵前體物，需要繼續(xù)加大氮氧化物減排力度，以控制光化學(xué)污染。