劉燦 曾珊珊 張伏中

1. 長沙市天心區(qū)委員會辦公室 湖南 長沙 410004；

2. 株洲市生態(tài)環(huán)境事務(wù)中心 湖南 株洲 412000；

3. 湖南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 湖南 長沙 410004

引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，大氣污染逐漸由顆粒物污染為主要因子的氣溶膠污染向光化學(xué)污染過渡，引起了廣泛關(guān)注[1]。O3是大氣環(huán)境中重要的化學(xué)物質(zhì)之一，是光化學(xué)煙霧的特征污染物之一[2-3]，具有非常強的氧化性，對大氣輻射、生態(tài)環(huán)境和人體健康等具有重要影響[4-5]。研究表明近地面O3主要來源于大氣中揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOx）在紫外線光照條件下發(fā)生反應(yīng)生成的二次污染物[6]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機動車總量高速增長，O3污染問題日益凸顯。2019年，全國337個城市中有30%的城市O3超標(biāo)，其中京津冀和長三角區(qū)域O3污染尤為突出。2019年，全國以O(shè)3為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的41.8%，僅次于占比45%的PM2.5[7]。

長沙市天心區(qū)國控站點位于天心區(qū)政府辦公樓頂，為長沙市10個環(huán)境空氣國控站點的最南端，受北邊傳輸影響明顯。文章利用2017-2020年天心區(qū)國控站點O3監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了天心區(qū)近地面O3濃度變化特征，O3與風(fēng)向、濕度氣象因子的相關(guān)性以及空氣質(zhì)量綜合指數(shù)各污染物占比情況。

1 實驗部分

1.1 監(jiān)測點位

監(jiān)測點為長沙市天心區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量國控點，位于長沙市天心區(qū)湘府中路298號，天心區(qū)政府辦公大樓南棟樓頂（東經(jīng)112.9963 北緯28.1198）。

1.2 監(jiān)測項目及方法

O3分析儀連續(xù)24小時工作，采樣頻率每分鐘一次，監(jiān)測數(shù)據(jù)由分析儀自動記錄。日常檢查維護(hù)按照《環(huán)境空氣自動檢測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T193-2005）執(zhí)行，確保分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)有效性按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）要求執(zhí)行，選取2017-2020年長沙市天心區(qū)O3有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 O3濃度的時間分布特征

2.1.1 O3小時平均濃度日變化規(guī)律。2017-2020年O3小時濃度在一天中呈明顯的單峰變化規(guī)律，4年來的濃度變化幅度不大。夜間O3濃度變化平緩，一般在早上8：00達(dá)到全天的最低值，O3生成的前體物在夜間逐漸累積，日出后隨著太陽輻射的逐漸增強，大氣光化學(xué)反應(yīng)逐漸加強，O3濃度逐漸升高，到15：00-17：00期間達(dá)到最高值，2017年-2020年O3最高值分別出現(xiàn)在16：00、15：00、15：00、17：00，分別為95μg/m3、100μg/m3、99μg/m3、97μg/m3。綜上，近地面O3濃度與太陽輻射強度密切相關(guān)。

2.1.2 O3月濃度變化規(guī)律。2017-2020年O3濃度逐月變化如圖1所示，2017年-2020年O3月濃度值最高值分別出現(xiàn)在5月、6月、9月、5月，分別為188μg/m3、187μg/m3、207μg/m3、191μg/m3，最低值分別出現(xiàn)在12月、12月、1月、12月，分別為87μg/m3、65μg/m3、69μg/m3、83μg/m3。

圖1 2017-2020年O3月濃度變化圖

2.2 O3污染等級分布情況

通過統(tǒng)計2017-2020年天心區(qū)O3為首要污染物的污染天數(shù)得知，4-10月為O3污染的高發(fā)期。2017-2020年O3超標(biāo)污染天分別為24天、23天、54天、17天。2017年在4月28日首次出現(xiàn)O3污染天，2018年在3月31日首次出現(xiàn)O3污染天，2019年在5月10日首次出現(xiàn)O3污染天，2020年在4月9日首次出現(xiàn)O3污染天且O3污染天主要集中在4-5月，O3污染呈現(xiàn)了出現(xiàn)時間越來越早、濃度越來越高、污染越來越嚴(yán)重的趨勢。

2.3 O3污染高發(fā)期（4月-10月）O3濃度與風(fēng)向相關(guān)性分析

通過對2017-2020年O3污染高發(fā)期（4月-10月）O3濃度分布與風(fēng)向相關(guān)性分析可知，2017年O3高值集中在西南方向和東方向，2018年O3高值主要集中在北方向，2019年O3高值集中在北方向、東北方向、東方向和南方向，2020年O3高值集中在西北方向和北方向。綜上可知，近4年來天心區(qū)O3高值在刮北風(fēng)向、西北風(fēng)向出現(xiàn)頻率較高。

2.4 O3污染高發(fā)期（4-10月）O3濃度與濕度相關(guān)性分析

通過對2017-2020年O3污染高發(fā)期O3濃度與濕度相關(guān)性分析可知，2017-2020年O3出現(xiàn)高值的濕度范圍逐漸擴(kuò)張，說明天心區(qū)O3前體物逐年增加，造成O3高值區(qū)域增加。同時，濕度在20%~60%之間O3高值分布較多，且濕度越低，O3值越高。

2.5 O3污染高發(fā)期（4-10月）空氣質(zhì)量綜合指數(shù)分析

2017-2020年4月至10月期間，O3污染高發(fā)期天心區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)中O3的占比分別為26.42%、27.79%、29.52%、30.37%，且O3的綜合指數(shù)占比在6項污染物中排名第一，占比呈逐年增長趨勢，由2017年的26.42%上漲至2020年的30.37%，提升了3.95%，表明天心區(qū)O3污染逐年加重。

3 結(jié)束語

2017-2020年長沙市天心區(qū)O3小時平均濃度呈現(xiàn)明顯的單峰變化規(guī)律，峰值出現(xiàn)在15：00-17：00；2017-2020年O3月濃度高值集中在4-10月，峰值出現(xiàn)在5月、6月和9月，低值出現(xiàn)在1月和12月。

2017-2018年長沙市天心區(qū)O3污染超標(biāo)天數(shù)保持相對平穩(wěn)，2019年爆發(fā)式增長，2020年受疫情和較多臺風(fēng)影響有所緩解。O3污染呈現(xiàn)了出現(xiàn)時間越來越早、濃度越來越高、污染越來越嚴(yán)重的趨勢。

2017-2020年長沙市天心區(qū)O3高值在刮北風(fēng)向、西北風(fēng)向出現(xiàn)頻率較高； O3高值出現(xiàn)的濕度范圍逐年擴(kuò)張，O3前體物逐年增加；濕度在20%~60%之間O3高值分布較多，濕度越低，O3值越高。

2017-2020年（4月-10月）長沙市天心區(qū)O3的綜合指數(shù)占比在6項污染物中排名第一，占比逐年提升，O3污染逐年加重。