汪水兵 張 紅 易明建 洪星園 衛(wèi)尤文

（1．安徽省環(huán)境科學研究院，安徽 合肥 230071；2．中國科學技術大學地球和空間科學學院，安徽 合肥 230026；3．安徽建筑大學，安徽 合肥 230601）

0 引言

近年來PM2.5濃度得到了較好的控制，但O3濃度有上升趨勢。根據(jù)2015～2019年全國環(huán)境質量公報數(shù)據(jù)顯示，我國337個城市除臭氧濃度在逐年上升外，其余污染物濃度均有不同程度的降低，其中SO2、CO、PM2.5、PM10和NO2濃度年評價值分別下降了52.0%、22.0%、28.6%、19.5%和3.3%，而臭氧年均評價指標上升了20.1%。研究表明，我國臭氧污染較為嚴重地區(qū)主要集中在長三角、珠三角、京津冀及周邊地區(qū)[6-7]；且O3濃度季節(jié)性變化特征明顯，夏秋季節(jié)濃度高[1-2]；長三角O3污染主要分布在上海及其周邊城市，臭氧高濃度值主要集中在4～10月[3-4]，且對流層O3濃度呈顯著的緯度地帶性差異，O3濃度隨著緯度的升高而增加[5]。而珠三角臭氧高濃度值主要集中在7～10月[8]，京津冀地區(qū)臭氧高濃度值集中在5～9月[9]。該文利用長三角區(qū)域典型城市O3實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性分析了O3時空分布特征，以期為區(qū)域O3污染防治提供支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

O3濃度數(shù)據(jù)來自全國城市空氣質量實時公布平臺公布的監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取長三角地區(qū)9個地級市（上海、寧波、紹興、舟山、南京、杭州、合肥、蕪湖、安慶），2018年1月1日0時～2018年12月31日0時共74 694組小時數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測數(shù)據(jù)占比94.7%。O3-8hmax計算公式為N1=avg{c0，c1，c1...c7}，N2=avg{c1，c2，c3...c8}，N3=avg{c2，c3，c4...c9}依次推出，N17=avg{c16，c17，c48...c23}，O3-8hmax=max{N1，N2，N3...N17}，其中N1表示一天24 h內0：00～7：00時段內的臭氧8 h滑動均值，N2表示一天24 h內1：00-8：00時段內的臭氧8 h滑動均值，以此內推N17表示一天24 h內16：00～23：00時段內的臭氧8 h滑動均值，O3-8hmax表示臭氧日最大滑動均值。

2 結果與討論

2.1 臭氧季均濃度變化分析

季均濃度分析表明：2018年長三角區(qū)域9個典型城市春季O3濃度在65 μg·m-3～88 μg·m-3，平均濃度為79 μg·m-3，變異系數(shù)（標準差/平均值）范圍在：0.43～0.77，其中東部地區(qū)（沿海城市）和北部地區(qū)（內陸城市）春季臭氧濃度變化范圍分別在：80 μg·m-3～87 μg·m-3，65 μg·m-3～86 μg·m-3，變異系數(shù)分別為：0.43～0.53，0.49～0.77；夏季在60 μg·m-3～97 μg·m-3，平均濃度為81 μg·m-3，變異系數(shù)范圍：0.44～0.71，其中東部地區(qū)（沿海城市）和北部地區(qū)（內陸城市）夏季臭氧濃度變化范圍分別在：60 μg·m-3～81 μg·m-3，78 μg·m-3～97 μg·m-3，變異系數(shù)分別為：0.44～0.64，0.55～0.71。

秋季在53 μg·m-3～74 μg·m-3，平均濃度為64 μg·m-3，變異系數(shù)范圍在：0.43～0.87，其中東部地區(qū)（沿海城市）和北部地區(qū)（內陸城市）秋季臭氧濃度變化范圍分別在：58 μg·m-3～72 μg·m-3，53 μg·m-3～74 μg·m-3，變異系數(shù)分別為：0.43～0.72，0.47～0.87；冬季在31 μg·m-3～62 μg·m-3，平均濃度為45 μg·m-3，變異系數(shù)范圍在：0.39～0.78，變異系數(shù)范圍在：0.43～0.87，其中東部地區(qū)（沿海城市）和北部地區(qū)（內陸城市）冬季臭氧濃度變化范圍分別在：41 μg·m-3～62 μg·m-3，31 μg·m-3～59 μg·m-3，變異系數(shù)分別為：0.39～0.70，0.49～0.78；由此可知，長三角地區(qū)臭氧濃度基本呈現(xiàn)夏季＞春季＞秋季＞冬季的季節(jié)變化特征；春秋冬三季臭氧濃度沿海城市，高于內陸城市；夏季內陸城市臭氧濃度高于沿海城市。且秋冬季臭氧濃度的變異系數(shù)較春夏大，說明臭氧濃度在春夏季隨時間變化的擾動較秋冬季大；通常情況下東部地區(qū)各季節(jié)的臭氧濃度變異系數(shù)較北部地區(qū)小，說明東部地區(qū)臭氧濃度變化幅度較北部地區(qū)小，隨時間的擾動弱。

2.2 臭氧月均濃度變化分析

月均濃度分析表明,如圖1所示：東部地區(qū)（上海市、寧波市、紹興市和舟山市）臭氧月均濃度27 μg·m-3～106 μg·m-3，北部地區(qū)（南京市、杭州市、合肥市、蕪湖市和安慶市）19 μg·m-3～116 μg·m-3，通常情況下長三角地區(qū)臭氧月均濃度變化主要呈“M”型雙峰值，高值從4月份開始持續(xù)到10月份結束，一般在1月份到第一個峰值之間臭氧濃度隨著溫度的升高而升高，在5月份或者6月份達到第一個峰值。達到峰值之后，長三角受季風氣候影響，進入“梅雨”季節(jié)，降水量增加，導致臭氧濃度逐漸下降，通常在7月降低到谷值，在達到谷值后，臭氧濃度開始上升，達到第二個峰值，之后臭氧濃度隨溫度的降低而降低。但是東部地區(qū)及北部地區(qū)由于地理位置存在一定的差異導致月均濃度變化均存在一定的一致性與差異性特征。

一致性主要表現(xiàn)為：1～7月份，O3月均濃度先升高后降低，7月份達到相對低值，10月份之后持續(xù)降低。升高的主要原因是本地O3前體物的排放在溫度逐漸升高，太陽輻射逐漸加強，光化學反應加強條件下，二次轉化加快，O3濃度升高；降低的主要原因是7月份長三角區(qū)域為“梅雨”季節(jié)，降雨量增大，云層和降水對太陽輻射具有削弱作用，降低光化學反應強度。10月份后溫度降低，太陽輻射減弱，日照時間變短，光化學反應變弱，不利于O3生成。

差異性主要表現(xiàn)為：7～10月份，東部地區(qū)和北部地區(qū)O3月均濃度變化存在明顯的差異，北部地區(qū)O3濃度下降更快，到9～10月份已經(jīng)明顯要比東部地區(qū)濃度更低。其主要原因一方面是由于東部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達程度平均要高于北部地區(qū)，O3生成反應的前體物濃度更高和大氣氧化性更強，另一方面，由于地理位置和海陸性質有明顯差別，東部更靠近海洋，氣候相對溫暖濕潤，北部地區(qū)位于內陸氣溫下降快，寒潮大風天氣更多，使得O3能夠生成和積累的條件不足。

2.3 臭氧日最大8 h平均濃度變化分析

日最大8 h平均濃度分析表明（如圖2所示）：東部地區(qū)在5 μg·m-3～270 μg·m-3，平均濃度為93 μg·m-3，變異系數(shù)變化范圍為0.39～0.48；北部地區(qū)在5 μg·m-3～263 μg·m-3，平均濃度為102 μg·m-3，變異系數(shù)變化范圍為0.40～0.57；東部地區(qū)臭氧濃度的變化范圍較北部地區(qū)大，但是東部地區(qū)臭氧濃度均值較北部地區(qū)小，說明北部地區(qū)臭氧高濃度污染較為集中，而東部地區(qū)日最大8 h濃度隨時間變化的擾動性較北部地區(qū)弱。O3日最大8 h平均濃度東部地區(qū)和北部地區(qū)變化趨勢相似，大致呈現(xiàn)“M”型；超標易發(fā)生在4～10月份（見表1），東部地區(qū)共超標96 d，其中春季超標49 d，夏季超標30 d，秋季超標17 d，分別占總超標天數(shù)的51%、31.3%、17.7%，說明東部地區(qū)臭氧超標主要集中在春季，夏季次之；此外，東部地區(qū)各城市的臭氧超標率在3.3%～10.1%，其中上海市的臭氧超標率最高舟山最低，且上海市夏季臭氧超標率較高是導致東部地區(qū)夏季臭氧濃度超標較高的主要貢獻城市。北部地區(qū)臭氧超標總天數(shù)為230 d，其中春季超標77 d，夏季超標121 d，秋季超標32 d，各季節(jié)臭氧超標天數(shù)占總天數(shù)的比例分別為：33.5%、52.6%、13.9%，由此可見，北部地區(qū)臭氧超標主要集中在夏季，春季次之；北部地區(qū)各地市臭氧超標率為8.8%～16.4%，其中蕪湖、南京較高。東部地區(qū)超標天數(shù)少于北部地區(qū)，主要是東部地區(qū)受海陸風和海洋性季風影響顯著，清潔的海洋氣團對本地污染源有稀釋作用，而北部地區(qū)多處于內陸，工業(yè)較集中，污染物排放量大，二轉化易造成O3超標。東部地區(qū)臭氧超標主要集中在春季，北部地區(qū)主要集中在夏季的主要原因是：在春季季風有利于將內陸城市和北方的大氣污染物向東南沿海地區(qū)輸送[5]，導致東部沿海城市臭氧濃度高于內陸城市；而夏季海洋性季風影響顯著，盛行偏南風[10]，東部地區(qū)受到來自洋面的清潔空氣稀釋作用，臭氧濃度下降，北部地區(qū)處于內陸，臭氧濃度維持較高水平。

表1 長三角9市2018年O3最大8 h平均濃度超標頻次

圖1 東部地區(qū)與北部地區(qū)O3月均濃度變化對比分析圖

圖2 O3日最大8 h平均濃度變化趨勢圖

3 結語

長三角區(qū)域O3季均濃度春秋冬三季東部地區(qū)高于北部地區(qū)，而夏季北部地區(qū)高于東部地區(qū)。主要原因是季風有利于將內陸城市和北方的大氣污染物向東南沿海地區(qū)輸送，導致東部沿海城市O3濃度高于內陸城市；而夏季海洋性季風影響顯著，盛行偏南風，東部地區(qū)受到來自洋面的清潔空氣稀釋作用，O3濃度下降，北部地區(qū)處于內陸，O3濃度維持較高水平。

O3月均濃度東部地區(qū)與北部地區(qū)均存在一定的差異性與一致性。一致性主要體現(xiàn)在1～7月份，O3月均濃度先升高后降低，7月份達到相對低值后再回升，10月份之后持續(xù)降低。一般情況下O3濃度隨著日照強度增加而升高，7月份的低值主要是因為長三角區(qū)域為“梅雨”季節(jié)，云層和降水對太陽輻射具有削弱作用，降低光化學反應強度。差異性主要體現(xiàn)在7～10月份，北部地區(qū)城市O3濃度及其變化的一致性更強，而且在9月份之后濃度下降的速度和幅度相比東部地區(qū)更大。

O3日最大8 h平均濃度東部地區(qū)和北部地區(qū)變化趨勢相似，大致呈現(xiàn)“M”型，超標易發(fā)生在4～10月份，且東部地區(qū)超標天數(shù)少于北部地區(qū)。主要是東部地區(qū)受海陸風和海洋性季風影響顯著，清潔的海洋氣團對本地污染源有稀釋作用，而北部地區(qū)多處于內陸，工業(yè)較為集中，污染物排放量大，二次轉化后易造成O3超標。