蔡 捷，郭治衡

(1.昆明市生態(tài)環(huán)境局官渡分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 昆明 650000；2.昆明理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650000)

0 引言

O3是揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)和氮氧化物(NOX)等在大氣中通過(guò)一系列光化學(xué)反應(yīng)生成的二次污染物，高濃度的臭氧會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生較大影響，因此臭氧污染必須重視起來(lái)[1]。近年來(lái)，隨著昆明市官渡區(qū)大氣污染防治工作的不斷強(qiáng)化，官渡區(qū)環(huán)境空氣中的PM10、PM2.5等主要污染物得到有效控制，而臭氧(O3)濃度卻逐年升高，并成為首要污染物。

根據(jù)文獻(xiàn)檢索，臭氧濃度的影響因子包括：氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量、NO2、NO、PM10、CO、PM2.5等[2～3]。針對(duì)不同的影響因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量的研究。但是由于研究實(shí)驗(yàn)之間的監(jiān)測(cè)環(huán)境和氣象條件千差萬(wàn)別，所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及最終的結(jié)論也有不同程度的區(qū)別，本文就昆明市官渡區(qū)這一地點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)分析。

昆明市位于云南中部，三面環(huán)山、南臨滇池，因此容易形成局地風(fēng)，導(dǎo)致大氣污染物積累。官渡區(qū)為昆明四個(gè)主城區(qū)之一，位于昆明主城區(qū)東南部、滇池北岸，全區(qū)海拔在1886.6～2731m，屬低緯度高海拔地區(qū)。由于紫外線輻射強(qiáng)，容易導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)和一些污染物的生成，造成臭氧濃度升高[4]。官渡區(qū)年平均風(fēng)速為2.1m/s。干、濕兩季明顯，其中5—10月降水量占全年的85%左右，11月—次年4月僅占全年的15%左右。降雨量分布不均衡，有效降雨天數(shù)較少且多單點(diǎn)暴雨，干季容易加重顆粒物污染[5]。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，昆明市共設(shè)置了7個(gè)國(guó)控空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全部采用紫外熒光法進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。國(guó)控站點(diǎn)由生態(tài)環(huán)境部委托的專業(yè)單位按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)校準(zhǔn)，最大程度地降低檢測(cè)誤差。本次采用的數(shù)據(jù)為昆明市官渡區(qū)國(guó)控空氣質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)。

1.2 判斷依據(jù)

2012年國(guó)家頒布了新的《GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，增設(shè)了臭氧8h平均濃度限值。同時(shí)，根據(jù)《HJ 663-2013環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定以及臭氧危害特性，臭氧濃度以日最大8h平均值進(jìn)行日評(píng)價(jià)，以日最大8h平均值的第90百分位進(jìn)行年評(píng)價(jià)。臭氧日最大8h滑動(dòng)均值 (O3-8h) 的日超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值為 160μg/m3。

1.3 研究數(shù)據(jù)來(lái)源

以2019年1月1日—2019年12月31日共365d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)昆明市官渡區(qū)臭氧污染特征進(jìn)行分析。

2 官渡區(qū)O3污染的特征

圖1為2019年官渡區(qū)臭氧日濃度的月份均值變化趨勢(shì)。按照月平均O3濃度分布來(lái)看，2019年官渡區(qū)O3濃度分布曲線呈現(xiàn)雙峰型，4月份最大(132.77μg/m3)，其次是8月份(121.03μg/m3)，12月份最小(65.87μg/m3)?？傮w來(lái)看，臭氧濃度在1—4月、6—8月為快速增長(zhǎng)過(guò)程，4—7月、8—12月為下降過(guò)程。從季節(jié)變化過(guò)程來(lái)看，如圖2所示，官渡區(qū)的O3濃度春季最高，達(dá)到了122.93μg/m3，夏季略低，秋、冬季的濃度相當(dāng)且最低。春夏季節(jié)官渡區(qū)天氣以晴好為主，降雨天氣較少，太陽(yáng)紫外輻射強(qiáng)，溫度較高，濕度較小，有利于臭氧生成；秋冬季節(jié)臭氧濃度較低，主要是由于冬季溫度較低，紫外輻射較弱，不利于臭氧的生成。

圖1 官渡區(qū)臭氧日濃度的月份均值變化趨勢(shì)

圖2 官渡區(qū)臭氧日濃度的季節(jié)均值變化趨勢(shì)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)可得，臭氧超標(biāo)天數(shù)最多的為8月，有7d超標(biāo)；4月份超標(biāo)5d，7月略低，為1d，其他月份沒(méi)有超標(biāo)，見表1。全年僅4、7、8月份超標(biāo)，超標(biāo)天數(shù)占全年總超標(biāo)天數(shù)的100%，這也是官渡區(qū)春季和夏季空氣質(zhì)量較差的原因。官渡區(qū)臭氧污染除了由于所處的春、夏季節(jié)是污染高發(fā)季節(jié)外，其可能與春夏、夏秋季節(jié)轉(zhuǎn)換期間不同主導(dǎo)氣流相互影響導(dǎo)致污染物累計(jì)不易擴(kuò)散也有一定的關(guān)系。

表1 臭氧超標(biāo)天數(shù)各月分布情況

3 影響因子相關(guān)性分析

3.1 數(shù)據(jù)分析方法

本文采用相關(guān)性分析法，相關(guān)系數(shù)是定量評(píng)價(jià)相關(guān)性大小的指標(biāo)，常用的相關(guān)性系數(shù)有Pearson相關(guān)系數(shù)、Kendall 相關(guān)系數(shù)以及Spearman 相關(guān)系數(shù)。本次研究采用Pearson相關(guān)系數(shù)[6]。

本文進(jìn)行相關(guān)性分析的是臭氧濃度的影響因子：氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量、NO2、NO、PM10、CO、PM2.5。根據(jù)GB 3095-2012的規(guī)定，將得到的臭氧數(shù)據(jù)以160μg/m3為界限分為超標(biāo)、不超標(biāo)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。因此，本文將處理后的數(shù)據(jù)篩選為：低于160μg/m3的數(shù)據(jù)為低濃度段，高于160μg/m3的數(shù)據(jù)為高濃度段，然后運(yùn)用SPSS軟件分析臭氧濃度與各個(gè)因子之間的相關(guān)性。

3.2 相關(guān)性數(shù)據(jù)

選用2019年1月1日—2019年12月31日共365d的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，最終得出358組有效數(shù)據(jù)。臭氧濃度、氣壓氣溫和相對(duì)濕度的均值見表2。

表2 臭氧及影響因子的均值

利用SPSS 軟件計(jì)算得到Pearson相關(guān)系數(shù)的R值，詳見表3。

表3 臭氧與影響因子之間相關(guān)性系數(shù)

4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

(1)昆明市官渡區(qū)臭氧濃度在4月份達(dá)到最高，8月份次之，11月份最低。

(2)臭氧濃度超標(biāo)主要是在4、7、8月份，占到了總超標(biāo)天數(shù)的100%。

(3)根據(jù)相關(guān)性數(shù)據(jù)來(lái)看，在高濃度臭氧情況下，僅有風(fēng)速P值>0.05，為有效數(shù)據(jù)。風(fēng)速與高濃度臭氧之間的R值為-0.581，為強(qiáng)負(fù)相關(guān)性，即風(fēng)速越高，臭氧濃度越小。全部臭氧與風(fēng)速的數(shù)據(jù)相關(guān)性為0.196，低濃度臭氧與風(fēng)速之間相關(guān)性為0.275，都為正相關(guān)性，而且為弱相關(guān)。由此可知，臭氧濃度超標(biāo)時(shí)，風(fēng)速是導(dǎo)致其超標(biāo)的主要因素。在低濃度臭氧情況下，風(fēng)速對(duì)臭氧濃度影響較低。

(4)氣溫與低濃度臭氧情況下，相關(guān)性達(dá)到0.431，為中等程度相關(guān)，而臭氧高濃度情況下為無(wú)效數(shù)據(jù)。全部氣溫與臭氧的數(shù)據(jù)相關(guān)性為0.475，為正相關(guān)。說(shuō)明氣溫升高是導(dǎo)致低濃度臭氧升高的關(guān)鍵因素；從理論方面解釋，高溫條件下，氮氧化物和碳?xì)浠衔飼?huì)在光照輻射的催化作用下產(chǎn)生臭氧，溫度越高產(chǎn)生臭氧的速率就越大；另一方面，高溫也會(huì)導(dǎo)致異戊二烯的大量產(chǎn)生(主要由植物排放)，異戊二烯被·OH氧化后形成RO2，RO2與NO 反應(yīng)形成NO2，同時(shí)促使·OH的循環(huán)，最后NO2在光照的情況下形成臭氧。

(5)全部相對(duì)濕度與臭氧的數(shù)據(jù)相關(guān)性為-0.602，為弱相關(guān)，說(shuō)明相對(duì)濕度越低，臭氧濃度越高；在低濃度情況下，相關(guān)性達(dá)到-0.636，都呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)?？v看整個(gè)相關(guān)性列表發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度應(yīng)該是影響臭氧濃度最關(guān)鍵的因素，提高相對(duì)濕度，是解決目前臭氧濃度過(guò)高最優(yōu)的辦法。初步估計(jì)是濕度高的情況下，部分臭氧溶解于空氣的水分中，導(dǎo)致臭氧濃度下降。

(6)低濃度臭氧條件下，氣壓、風(fēng)速、降水量、NO2、NO、PM10、PM2.5可以影響臭氧濃度，但不是主要影響因子。

5 結(jié)論

根據(jù)姚青[7]等人對(duì)天津市夏季O3濃度影響因子的研究，氣溫與臭氧濃度呈現(xiàn)正相關(guān)，風(fēng)速、相對(duì)濕度與臭氧濃度之間都呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。這與我們?cè)诶ッ鞴俣蓞^(qū)所得到的結(jié)論一致。說(shuō)明云貴高原與平原地區(qū)，影響臭氧濃度變化的因子以及這些因子的正負(fù)相關(guān)性是一致的，即影響因子對(duì)臭氧濃度的作用不受海拔高度的影響。