索有芳，王娜

(青海省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，青海 西寧 810007)

引言

高空中臭氧層是地球生態(tài)圈的重要組成部分，它吸收并阻隔了絕大部分的紫外線輻射，是生命的“保護(hù)傘”，但近地面O3濃度增加，對人體健康和植物生長的危害不容忽視[1-3]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)快速增長和城市化進(jìn)程的不斷加速，我國大氣環(huán)境正面臨以PM2.5污染和O3污染共存的復(fù)合型污染問題。但今年來O3污染逐步顯現(xiàn)，且開始呈現(xiàn)增長的趨勢，成為繼PM2.5之后的主要大氣污染物[4]。

西寧市位于青海省人口集中的東部城市群的河湟谷地，因四面環(huán)山的不利地形，致使空氣中污染物濃度不斷積累增高，大氣擴(kuò)散稀釋能力較差，從而整體影響環(huán)境空氣質(zhì)量。近年來西寧市環(huán)境空氣中O3濃度逐年增加，日均值出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象日益增加，O3污染已逐步顯著。主要表現(xiàn)在超標(biāo)天數(shù)增加，平均濃度升高，首要污染物中O3占比增加等方面。本文利用2016—2021年西寧市內(nèi)4個國控空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析了西寧市O3污染的變化特征及規(guī)律，初步分析氣象要素對O3的影響，為O3污染區(qū)域防控提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

目前西寧市對外實(shí)時發(fā)布的空氣質(zhì)量國控監(jiān)測站點(diǎn)共有4個，包括湟中區(qū)第五水廠(對照點(diǎn))、城西區(qū)(青海師范大學(xué)城西校區(qū))、城北區(qū)(城北區(qū)政府)和城東區(qū)(西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校)，監(jiān)測指標(biāo)包括SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5以及氣象五參數(shù)，本文選取2016—2021年逐時O3濃度數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行分析。氣象數(shù)據(jù)來源于2015—2020年《青海統(tǒng)計年鑒》。

環(huán)境空氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5](GB3095-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》[6](HJ633-2012)。

2 結(jié)果與討論

2.1 首要污染物占比變化趨勢

圖1為西寧市2016—2021年環(huán)境空氣中首要污染物占比較高的3項(xiàng)污染物變化趨勢。從圖中可以看出，2016—2021年西寧市環(huán)境空氣中PM10作為首要污染物的占比呈下降趨勢，從2016年的43.2%下降至2021年的31%，下降了12.2%。表示近年來全省開展“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的各項(xiàng)工作以及 “抑塵、減煤、控車、治企”等大氣污染防治的措施效果顯著。PM2.5占比從2016年的13.4%上升至2020年的22.7%，上升了9.3%，但2021年較2020年出現(xiàn)下降。O3占比遠(yuǎn)高于PM2.5，且呈上升趨勢，從2016年的15.6%上升至2021年的35.1%，上升了19.5%，說明西寧市大氣氧化性逐年升高，NOx和VOCs等O3前體物排放量大，在太陽光強(qiáng)烈輻射下，光化學(xué)反應(yīng)更有利于O3的生成，空氣中O3濃度上升，O3已逐漸取代顆粒物成為西寧市首要污染物占比最高的污染物之一。

圖1 2016—2021年西寧市PM10、PM2.5和O3首要污染物占比變化趨勢

2.2 O3濃度年變化趨勢

圖2為西寧市2016—2021年O3平均濃度和O3第90百分位日最大8h平均濃度(以“O3-8h-90per”表示)的變化趨勢。從圖2看出，2016—2021年西寧市環(huán)境空氣中O3平均濃度和O3-8h-90per濃度均呈上升趨勢，從2016—2021年，O3平均濃度上升26.4%，O3-8h-90per濃度上升26.8%。

圖2 2016—2021年西寧市O3平均濃度、O3-8h-90per濃度變化趨勢

2.3 O3濃度月變化趨勢

分析2016—2021年西寧市O3-8h-90per濃度的月變化(圖3)可以發(fā)現(xiàn)，自2月開始O3濃度逐漸升高，到每年6～8月(夏季)O3濃度達(dá)到峰值，O3污染的高發(fā)季節(jié)就出現(xiàn)在這一時段，其中2017年7月和2021年7月O3-8h-90per濃度高達(dá)170μg/m3以上，超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，西寧市每年6～8月處于平均氣溫最高，平均日照時數(shù)較多的時段，說明西寧市O3濃度受溫度、光照和太陽輻射等氣象因子的影響顯著。10月以后氣溫偏低，不利于O3反應(yīng)生成，濃度顯著下降，O3最低濃度均出現(xiàn)在12月。

圖3 2016—2021年西寧市O3-8h-90per濃度月變化趨勢

2.4 O3濃度日變化趨勢

圖4 2020—2021年西寧市O3平均濃度日變化趨勢

2.5 O3超標(biāo)分析

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ633-2012)，統(tǒng)計2016—2021年西寧市主城區(qū)及西寧市4個國控站點(diǎn)O3各個級別分布情況，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。西寧市主城區(qū)O3超標(biāo)率從2016年未出現(xiàn)超標(biāo)，到2021年超標(biāo)率達(dá)到4.11%，期間除2017年超標(biāo)率較高外，O3超標(biāo)呈上升趨勢。從4個國控站點(diǎn)的平均值來看，青海師范大學(xué)城西校區(qū)O3超標(biāo)率最高，為2.05%；西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校和城北區(qū)政府次之，分別為1.73%和1.60%；第五水廠(對照點(diǎn))最小，為1.4%。從年際變化來看，4個站點(diǎn)的超標(biāo)率2016—2021年基本表現(xiàn)為上升的變化趨勢，其中2021年O3污染最為嚴(yán)重，城北區(qū)政府、第五水廠(對照點(diǎn))、西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校和青海師范大學(xué)城西校區(qū)4個站點(diǎn)空氣質(zhì)量等級達(dá)到三級的天數(shù)分別為18d、14d、13d、10d，西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校還出現(xiàn)了1d四級(中度污染)的空氣質(zhì)量。2021年超標(biāo)率從大到小的排列順序依次為城北區(qū)政府(5.16)>第五水廠(對照點(diǎn))(3.90)>西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校(3.66)>青海師范大學(xué)城西校區(qū)(2.83)。

表1 2016—2021年西寧市及4個國控站點(diǎn)O3-8h各級別天數(shù)統(tǒng)計

2.6 O3濃度分布

圖5為2016—2021年西寧市O3-8h濃度分布情況。O3-8h日均濃度分布頻率相對較高區(qū)間在60～120μg/m3，峰值頻率和濃度小于40μg/m3的頻率逐年下降，但譜寬逐年加寬，2019年O3-8h濃度大于110μg/m3出現(xiàn)的頻率明顯增多，特別是120～180μg/m3頻率增幅較為明顯。說明西寧市O3-8h濃度有向高濃度區(qū)間發(fā)展的趨勢。

圖5 2016—2021年西寧市O3-8h濃度分布

2.7 氣象要素對O3的影響

2015—2020年西寧市月O3-8h平均月濃度與平均氣象要素的關(guān)系見圖6所示。從圖6可以看出，O3-8h濃度與氣溫大致呈正相關(guān)，高溫伴隨著高強(qiáng)度的太陽輻射，就會產(chǎn)生較高的光化學(xué)反應(yīng)，冬季太陽輻射較弱，O3光化學(xué)反應(yīng)處于較低效率的狀態(tài)。在不同季節(jié)，O3濃度與降雨量的相關(guān)性有所變化，春季、秋季和冬季O3-8h濃度與降雨量大致呈正相關(guān)，夏季基本呈負(fù)相關(guān)，降雨量多相對濕度就高，通過濕度清除作用降低O3濃度。夏季O3-8h濃度與風(fēng)速負(fù)相關(guān)性顯著，低風(fēng)速下污染物濃度的積累效應(yīng)導(dǎo)致O3濃度反而升高，其他3個季節(jié)呈正相關(guān)，不同季節(jié)，風(fēng)速大小對污染物濃度的影響不同。O3-8h濃度與日照時數(shù)夏季呈正相關(guān)，秋冬季呈負(fù)相關(guān)，其他季節(jié)影響不明顯。由于西寧市特殊的地理位置及氣候原因，春、冬氣溫低、降雨少，夏季氣溫高、日照強(qiáng)，因此西寧市夏季O3光化學(xué)反應(yīng)受氣溫、降雨、風(fēng)速、日照時數(shù)等因子的影響更為顯著，其他3個季節(jié)影響不明顯。

圖6 2015—2020年西寧市O3-8h平均月濃度與平均氣象要素的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)自2016年以來，西寧市以O(shè)3為首要污染物的占比逐年增加，2021年達(dá)到近年內(nèi)最高值35.1%。

(3)從2016—2021年O3超標(biāo)情況看，西寧市主城區(qū)O3超標(biāo)率呈上升趨勢，到2021年超標(biāo)率達(dá)到最高4.11%。4個國控站點(diǎn)中青海師范大學(xué)城西校區(qū)O3超標(biāo)率最高(2.05%)，西寧市世紀(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)校和城北區(qū)政府次之(分別為1.73%和1.60%)，第五水廠(對照點(diǎn))最小(1.4%)，另外4個站點(diǎn)超標(biāo)率年際變化基本表現(xiàn)為上升的趨勢。從O3-8h日均濃度分布頻率看，O3濃度較高區(qū)間在60～120μg/m3，譜寬逐年加寬，濃度在120～180μg/m3出現(xiàn)的頻率明顯增多，說明西寧市O3濃度有向高濃度區(qū)間發(fā)展的趨勢。

(4)因西寧市特殊的地理位置及氣候原因，夏季O3受氣溫、降雨、風(fēng)速、日照時數(shù)等因子的影響更為顯著，其他3個季節(jié)影響不明顯。