謝松巖

(福建省國(guó)家大氣環(huán)境背景值武夷山監(jiān)測(cè)站，福建 南平 354302)

臭氧(O3)是大氣中極為重要的二次污染物之一,由于高化學(xué)活性,可以參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的全過(guò)程,高濃度的O3對(duì)人類健康、動(dòng)植物生長(zhǎng)及地表生態(tài)系統(tǒng)存在嚴(yán)重危害[1-2]。近年來(lái)，大氣中O3已成為許多城市的首要污染物，受到越來(lái)越多專家學(xué)者及公眾的關(guān)注和重視[3-4]。在中心城區(qū),O3生成的主要來(lái)源為局部地區(qū)的大氣光化學(xué)反應(yīng)[5]。在背景區(qū)域，O3形成機(jī)制則大不相同[6]。本文通過(guò)分析國(guó)家背景環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)武夷山站(以下簡(jiǎn)稱：武夷山背景點(diǎn))2016—2020年O3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合其他主要污染物及福建全省68個(gè)城市主要污染物年平均濃度，探討背景區(qū)域O3濃度變化特征及來(lái)源，以期為更好地研究O3形成機(jī)制提供參考。

1 武夷山背景點(diǎn)概況

武夷山背景點(diǎn)由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站建立，是我國(guó) 16個(gè)大氣背景監(jiān)測(cè)站之一，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位于武夷山國(guó)家公園摩天嶺頂峰，海拔高度1139 m，站點(diǎn)周邊視野開(kāi)闊，近距離內(nèi)沒(méi)有影響氣流的障礙物，且周圍 50 km 范圍內(nèi)無(wú)顯著人為污染源，受局地排放源的影響很小，因此采集的大氣樣品能反映華東森林及高山區(qū)域大氣成分的背景特征，可用于研究大氣的區(qū)域性污染特征和污染物的遠(yuǎn)距離輸送。

2 2016—2020年污染物濃度特征結(jié)果與探討

2.1 武夷山背景點(diǎn)O3濃度逐日變化情況

圖1為武夷山背景點(diǎn)2016—2020年O3日最大8小時(shí)平均濃度逐日變化。結(jié)果顯示，2016—2020年武夷山背景點(diǎn)O3濃度超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的范圍為34.2%～60.5%，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的范圍為2.3%～8.5%[7]，且2018—2020年出現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其是2020年有明顯下降，超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)占比由2018年的60.5%下降至2019年的51.3%，再下降至2020年的34.2%；超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)占比由2018年的8.5%下降至2019年的3.3%，再下降至2020年的3.1%。

(a)2016年

(b)2017年

(c)2018年

(d)2019年

(e)2020年

2.2 污染物年平均濃度變化情況

圖2為2016—2020年武夷山背景點(diǎn)及福建省中心城區(qū)(68個(gè)城市)主要污染物年平均濃度變化。結(jié)果顯示：近5年武夷山背景點(diǎn)各污染物濃度2016—2017年總體呈上升趨勢(shì)，2017—2020年總體呈逐年下降趨勢(shì)，尤其是2020年下降明顯，與全省中心城區(qū)年平均濃度變化趨勢(shì)基本一致，且除O3日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)外，各污染物濃度值均遠(yuǎn)低于中心城區(qū)平均值。O3濃度則高于全省中心城區(qū)平均值，高出比例范圍為10.0%～28.4%，5年平均高出22.6%。

(e)PM2.5

一般認(rèn)為，背景濃度應(yīng)代表研究區(qū)域內(nèi)未受人類活動(dòng)直接影響的自然情況。但由于大氣的流動(dòng)性，監(jiān)測(cè)的濃度不僅可能受研究區(qū)域內(nèi)人為排放源的影響，而且可能受研究區(qū)域外排放源遠(yuǎn)距離輸送的影響[6]。監(jiān)測(cè)濃度中包含本地區(qū)的自然排放和區(qū)域外的遠(yuǎn)距離輸送。因此2017—2020年的下降趨勢(shì)，與華東區(qū)域污染物的防控措施及在新冠肺炎疫情影響下人為活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)等相對(duì)減少，污染物排放相應(yīng)降低有關(guān)。

(a)SO2

(b)NO2

(c)CO

(d)O3

(e)PM10

3 O3成因初析

對(duì)流層O3的來(lái)源主要有兩種:平流層的向下輸送和對(duì)流層光化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生。有研究表明，平流層O3濃度遠(yuǎn)高于對(duì)流層，在一定氣象條件下，富含O3的平流層大氣注入近地面，導(dǎo)致對(duì)流層O3濃度升高[2,8]。光化學(xué)生成則是中心城區(qū)O3的主要來(lái)源。O3生成受到前體物濃度的影響，SO2、NOx、VOCs、CO 等物質(zhì)都是對(duì)流層O3生成的前體物，它們對(duì)近地面和對(duì)流層O3的光化學(xué)過(guò)程有著重要作用[3-6,9]。此外太陽(yáng)紫外輻射、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、相對(duì)濕度、降水等氣象因素也影響O3光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程[10]。大氣氣溶膠通過(guò)衰減紫外輻射可顯著降低O3的產(chǎn)率，對(duì)O3光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程也有重大影響[11]。因此，由于不同地區(qū)地理環(huán)境以及污染物的物理化學(xué)性質(zhì)不同，O3光化學(xué)反應(yīng)體系具有各自的特殊性和局地性。

武夷山背景點(diǎn)O3日最大8小時(shí)平均濃度第90百分位數(shù)高于福建省中心城區(qū)平均值，背景區(qū)域O3來(lái)源也與中心城區(qū)不同。O3在對(duì)流層的垂直分布特征決定了不同高度站點(diǎn)O3濃度的差異，日照、垂直混合、溫度、風(fēng)等氣象條件和地理因素等都會(huì)對(duì)O3的分布和變化產(chǎn)生不同影響。高山站點(diǎn)O3濃度相對(duì)較高，且更容易受到平流層向下輸送的影響。此外，之前的研究結(jié)果表明，武夷山背景點(diǎn)還容易受到長(zhǎng)三角、珠三角的遠(yuǎn)距離輸送影響[6]。因背景點(diǎn)O3生成的前體物濃度低，光化學(xué)生成不是武夷山背景點(diǎn)O3的主要來(lái)源。

4 結(jié)論

2016—2020年福建中心城區(qū)的O3濃度變化規(guī)律與武夷山背景點(diǎn)的O3濃度變化規(guī)律基本一致。武夷山背景點(diǎn)主要污染物SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5濃度均遠(yuǎn)低于中心城區(qū)平均值，O3濃度則高于全省中心城區(qū)平均值，這與O3在對(duì)流層的垂直分布特征和武夷山背景點(diǎn)的O3來(lái)源不同有關(guān)。

武夷山背景點(diǎn)O3日最大8小時(shí)平均濃度存在超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，超標(biāo)天數(shù)比例2018—2020年顯現(xiàn)下降趨勢(shì)，2020年明顯下降。

武夷山背景點(diǎn)除O3外其他主要污染物濃度2016—2017年總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2017—2020年總體呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，尤其是2020年下降明顯，與華東區(qū)域污染物防控措施的實(shí)施及在新冠肺炎疫情影響下人為活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)等相對(duì)減少，污染物排放相應(yīng)降低有關(guān)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在偏僻的農(nóng)村,人口較少,當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)以農(nóng)、林業(yè)為主,周圍為大片農(nóng)田和林場(chǎng),森林主要由落葉松和闊葉樹(shù)木構(gòu)成的較清潔地區(qū)、背景地區(qū)O3濃度也居高不下，說(shuō)明O3濃度受區(qū)域尺度物理化學(xué)過(guò)程、自然源和

人為源的多重影響形成機(jī)理相對(duì)復(fù)雜[4]。由于生物VOCs、遠(yuǎn)距離水平輸送、平流層注入、光化學(xué)反應(yīng)、季節(jié)變化對(duì)O3濃度的影響都很大,僅控制人為因素達(dá)不到預(yù)期效果。如何結(jié)合各影響因素，真正做到對(duì)O3的有效控制，還需進(jìn)一步系統(tǒng)、深入地研究。近幾年，依托國(guó)家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心，進(jìn)一步統(tǒng)籌國(guó)家和地方環(huán)境、氣象、監(jiān)測(cè)、行業(yè)等領(lǐng)域的專家團(tuán)隊(duì)和科研力量，系統(tǒng)分析近年來(lái)O3污染的時(shí)空分布特征，及其與污染物排放和氣象條件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，科學(xué)識(shí)別關(guān)鍵前體污染物及生成潛勢(shì)，密切追蹤重點(diǎn)控制行業(yè)，為開(kāi)展專項(xiàng)污染防控提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。

總之，2020年福建全省城市環(huán)境空氣質(zhì)量平均達(dá)標(biāo)天數(shù)比例98.8%，比全國(guó)平均水平高11.8%；森林覆蓋率66.8%，連續(xù)42年保持全國(guó)首位。而O3污染仍然是當(dāng)前影響福建大氣質(zhì)量的首要污染物，針對(duì)O3污染成因復(fù)雜，受大自然各種條件的影響較大的特點(diǎn)，將O3做為評(píng)價(jià)中心城市的主要污染物之一是否科學(xué)，還有待商榷。