陳多宏,沈 勁,陳瑤瑤,周 炎,張 濤,廖 彤*,廖程浩,趙文龍,王伯光**,李婷苑

2020年珠三角O3污染特征及主要成因

陳多宏1,沈 勁1,陳瑤瑤1,周 炎1,張 濤1,廖 彤1*,廖程浩2,趙文龍3,王伯光3**,李婷苑4

(1.廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,國(guó)家環(huán)境保護(hù)區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省環(huán)境保護(hù)大氣二次污染研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510308；2.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院,廣東 廣州 510000；3.暨南大學(xué)環(huán)境與氣候研究院,廣東 廣州 511443；4.廣東省生態(tài)氣象中心(珠三角環(huán)境氣象預(yù)報(bào)預(yù)警中心),廣東 廣州 510640)

采用珠三角常規(guī)空氣污染物與成分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過分析對(duì)比2020年不同階段的污染物濃度與氣象等數(shù)據(jù),研究了2020年珠三角臭氧污染特征與其主要成因.結(jié)果表明,2020年各月珠三角超標(biāo)天首要污染物是O3,珠三角2020年O3評(píng)價(jià)濃度為148μg/m3,同比下降16%,AQI達(dá)標(biāo)率同比上升9.5%.2020年O3污染相對(duì)嚴(yán)重的月份是4、8～11月,對(duì)應(yīng)的月度O3評(píng)價(jià)濃度分別達(dá)到175,164,166,171,162μg/m3,均超過國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);其它月份均達(dá)標(biāo),6～12月O3污染情況同比改善明顯,O3污染減輕使AQI達(dá)標(biāo)率同比上升明顯.2020年一季度受春節(jié)假期和疫情因素等共同影響,大氣污染物排放量明顯減少,但O3濃度下降不明顯,主要由于日照時(shí)數(shù)同比上升約19%;4月全面復(fù)工復(fù)產(chǎn),以及輻射相對(duì)較強(qiáng)的氣象條件,使O3評(píng)價(jià)濃度同比上升約58%;5～8月“百日服務(wù)”與9～12月“百日行動(dòng)”采取的污染防治措施有效降低O3前體物排放量,NO2濃度同比下降了22%～23%,VOCs濃度下降了18%～26%,使2個(gè)階段的O3評(píng)價(jià)濃度均同比下降了20%左右.

珠三角；O3；污染特征；主要成因

2020年初,我國(guó)受新冠疫情影響,主要城市二氧化氮(NO2)排放減少了20%～50%[11].2020年1月底到2月初,我國(guó)多數(shù)城市除臭氧以外的主要污染物濃度均較疫情管控前下降,但由于氣象條件的差異,臭氧濃度有所上升[12].珠三角區(qū)域2020年空氣質(zhì)量整體改善明顯,各項(xiàng)污染物年評(píng)價(jià)濃度均有不同程度的改善,特別是臭氧評(píng)價(jià)濃度實(shí)現(xiàn)了較大幅度的下降,超標(biāo)天數(shù)有所減少,最終AQI達(dá)標(biāo)率也同比上升明顯,達(dá)到“十三五”時(shí)期的最優(yōu)水平.本研究采用珠三角常規(guī)與VOCs成分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過分析對(duì)比2020年不同階段的污染物濃度與氣象等數(shù)據(jù),研究了2020年珠三角臭氧污染特征與其主要成因,旨在了解臭氧污染的主要影響因素與各種影響因素之間的相互關(guān)系,找出令臭氧濃度進(jìn)入下降通道的有效途徑.

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

本文研究區(qū)域?yàn)橹榻侵?包括廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶9個(gè)城市.空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于國(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果[13],珠三角9個(gè)城市共計(jì)56個(gè)國(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn);VOCs數(shù)據(jù)來源于廣東省組分網(wǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果[14],包括珠三角9個(gè)城市共計(jì)9個(gè)VOCs組分監(jiān)測(cè)站點(diǎn);氣象數(shù)據(jù)來源于珠三角地區(qū)國(guó)家氣象站,包含降水、相對(duì)濕度、風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)等監(jiān)測(cè)資料[15],數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data. cma.cn).研究所使用的數(shù)據(jù)均為生態(tài)環(huán)境部門或氣象部門的標(biāo)準(zhǔn)資料,監(jiān)測(cè)方法均為國(guó)家推薦方法,且有嚴(yán)格的儀器質(zhì)控要求及質(zhì)控程序,數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效保障[16].數(shù)據(jù)使用前,對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了分析,所有站點(diǎn)O3、NO-NO2-NO、SO2和CO按照《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》(HJ 818-2018)[17]開展監(jiān)測(cè),有效數(shù)據(jù)獲取率在90%以上,站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效率及異常值均能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求.

采用基于氣象色譜-火焰離子化檢測(cè)(GC-FID)分析原理的法國(guó)科馬特泰克色譜技術(shù)集團(tuán)Chromatotec GC866VOCs在線分析儀,以及基于GC-FID/質(zhì)譜(MS)分析原理的武漢天虹TH-300B兩款VOCs在線分析儀,以監(jiān)測(cè)環(huán)境中的VOCs.校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體均采用美國(guó)林德(Linde)公司的光化學(xué)煙霧空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PAMS)標(biāo)準(zhǔn)氣體,儀器的質(zhì)控校準(zhǔn)統(tǒng)一參照《環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 1010- 2018)[18]執(zhí)行,有效數(shù)據(jù)獲取率在80%以上.

1.2 環(huán)境空氣質(zhì)量計(jì)算方法

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)[19],珠三角9個(gè)城市各項(xiàng)污染物日均或小時(shí)濃度為對(duì)應(yīng)國(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值.珠三角9個(gè)城市空氣質(zhì)量污染程度等級(jí)劃分為5個(gè)級(jí)別:優(yōu)(AQI:0～50)、良(AQI:51～100)、輕度污染(AQI:101～150)、中度污染(AQI:151～200)、重度污染(AQI:201～300)、嚴(yán)重污染(301～500).其中,AQI達(dá)標(biāo)率計(jì)算方式為統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)優(yōu)和良的天數(shù)除以有效天數(shù).O3日評(píng)價(jià)濃度采用最大8h滑動(dòng)平均值,月度、季度或階段評(píng)價(jià)濃度為這一階段的臭氧各日評(píng)價(jià)濃度的第90百分位數(shù).

1.3 VOCs統(tǒng)計(jì)方法

參照中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站印發(fā)的《國(guó)家大氣光化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)審核技術(shù)指南(2021版)(試行)》[20],VOCs時(shí)段均值采用時(shí)段內(nèi)所有有效日算術(shù)平均值作為數(shù)據(jù)源,統(tǒng)計(jì)計(jì)算均值,對(duì)選取目標(biāo)時(shí)段內(nèi)日算術(shù)平均值有效天數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),無效的不納入統(tǒng)計(jì).

2 結(jié)果與討論

2.1 珠三角O3超標(biāo)與評(píng)價(jià)濃度變化特征

珠三角空氣質(zhì)量超標(biāo)主要由O3污染造成,2020年5～11月,在超標(biāo)天中,O3作為首要污染物的比例達(dá)到100%(圖1).與2019年同期相比,2020年超標(biāo)天中O3作為首要污染物的比例增加明顯,特別是在冬季,2019年的1～2月超標(biāo)均由NO2與PM2.5導(dǎo)致,無O3超標(biāo)現(xiàn)象,但2020年1月與2月O3作為超標(biāo)天首要污染物的比例分別達(dá)到83%與100%,表明O3已成為影響珠三角空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率的最主要污染物.

圖1 2019～2020年珠三角空氣質(zhì)量超標(biāo)天不同首要污染物占比

2020年3月與6月無超標(biāo)

如圖2所示,2020年4月、8～11月O3濃度相對(duì)較高,分別達(dá)到175,164,166,171,162μg/m3,均超過國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(160μg/m3);進(jìn)一步表明,O3污染是珠三角空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率相對(duì)較低的主要影響因素.與2019年同期相比,2020年2、4、5月的O3濃度相對(duì)較高,特別是4月,O3月評(píng)價(jià)濃度同比增長(zhǎng)了58%;其他月份O3月評(píng)價(jià)濃度均低于或接近2019年同期,2020年8～11月珠三角O3濃度同比下降明顯.

圖2 2019～2020年珠三角區(qū)域O3月評(píng)價(jià)濃度

2.2 珠三角空氣質(zhì)量分階段變化態(tài)勢(shì)

2020年,珠三角全年AQI達(dá)標(biāo)率為92.9%.其中,3月與6月AQI達(dá)標(biāo)率相對(duì)較高,均為100%;4月AQI達(dá)標(biāo)率最低,為84.8%;8～11月的月度AQI達(dá)標(biāo)率均低于90%,表明2020年珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量相對(duì)較差的時(shí)間段主要分布在4月、8～11月.與2019年同期對(duì)比,2、4與5月的達(dá)標(biāo)率相對(duì)較低,同比分別降低0.7%、12.3%與2.5%,其余月份均是2020年的達(dá)標(biāo)率相對(duì)較高,特別是9～11月,達(dá)標(biāo)率同比上升42.2%、25.0%與24.5%.

此外，邢孟志[14]從文字學(xué)、金石學(xué)視角出發(fā)提出，清初文字學(xué)、金石學(xué)家的研究，促使清代碑學(xué)運(yùn)動(dòng)自清早期開始萌芽，中期以阮元、包世臣為代表。掃盡帖學(xué)低眉柔靡之風(fēng)、倡導(dǎo)碑學(xué)質(zhì)樸雄強(qiáng)面貌的學(xué)術(shù)運(yùn)動(dòng)，仍是在篆隸書的領(lǐng)域展開的，而清代篆隸的復(fù)興正是文字學(xué)、金石學(xué)研究的結(jié)果。碑學(xué)運(yùn)動(dòng)也是受文字學(xué)、金石學(xué)直接影響的產(chǎn)物，這一影響帶來了書法理論和書法創(chuàng)作上審美取向的根本改變，這一改變豐富了書法創(chuàng)作的理論內(nèi)容，拓展了書法創(chuàng)作的空間。

圖3 2019～2020年珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量月度AQI達(dá)標(biāo)率

2020年珠三角在不同的污染防治階段,空氣質(zhì)量表現(xiàn)出不同的污染特征,以下分階段分析不同時(shí)期的空氣質(zhì)量變化情況.(1)疫情管控期間(1月23日～ 3月31日):空氣質(zhì)量同比明顯改善,一次排放為主的NO2、CO、PM10改善幅度大于二次生成為主的污染物(O3和PM2.5);(2)全面復(fù)工復(fù)產(chǎn)階段(4月):珠三角AQI達(dá)標(biāo)率同比下降12.3%,除CO低濃度波動(dòng)外,其余5項(xiàng)污染物濃度均有所上升,珠三角O3評(píng)價(jià)濃度同比上升了58%,也是導(dǎo)致AQI達(dá)標(biāo)率下降的最主要原因;(3)“百日服務(wù)”期間(5月23日～8月30日)[21]:珠三角空氣質(zhì)量較好,珠三角AQI達(dá)標(biāo)率同比上升了4.5%,除SO2持平外,其余5項(xiàng)污染物均有所下降,PM2.5下降幅度最大;(4)“百日行動(dòng)”期間(9月23日～12月31日)[22]:珠三角空氣質(zhì)量同比顯著改善,珠三角AQI達(dá)標(biāo)率同比上升了25.4%,6項(xiàng)污染物顯著下降,降幅均超過10%,O3、NO2、PM2.5和PM10下降幅度均大于20%.

2020年珠三角O3濃度的下降與AQI達(dá)標(biāo)率的提升,主要由于“百日服務(wù)”和“百日行動(dòng)”等影響,有效降低了O3前體物濃度,促進(jìn)O3評(píng)價(jià)濃度下降.根據(jù)每個(gè)階段占全年的天數(shù)及其達(dá)標(biāo)率的同比改善情況,得出疫情影響、“百日服務(wù)”與“百日行動(dòng)”3個(gè)階段對(duì)全年達(dá)標(biāo)率提升貢獻(xiàn)分別為0.7%、0.5%與4.7%.2020年4月受復(fù)工復(fù)產(chǎn)與不利氣象條件影響,達(dá)標(biāo)率同比下降12.3%,對(duì)全年達(dá)標(biāo)率變化的貢獻(xiàn)為-0.8%.

表1 珠三角2020年不同階段空氣質(zhì)量及與2019年的對(duì)比

2.3 主要成因分析

2.3.1 2020年一季度O3污染變化成因 2020年春節(jié)假期為1月24～31日,春節(jié)前,珠三角很多企業(yè)逐漸開始減產(chǎn)、停產(chǎn).另一方面,廣東省從1月23日開始啟動(dòng)重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級(jí)響應(yīng),進(jìn)入“戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)”;2月24日調(diào)整為二級(jí)響應(yīng);因此,廣東省大范圍停工停產(chǎn),社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)下降顯著.根據(jù)廣東統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2020年1～3月廣東工業(yè)增加值同比下降15.1%;交通運(yùn)輸方面,廣東省公路客運(yùn)量同比下降55.2%,水路客運(yùn)量同比下降55.6%;公路貨運(yùn)量同比下降27.7%,水路完成貨運(yùn)量同比下降17.8%;港口貨物吞吐量同比下降3.0%;旅游方面, 2020年一季度廣東省接待過夜游客3753萬人次,同比下降67.7%.以上因素造成大氣污染物排放減少.相關(guān)研究表明,受疫情影響期間,在東莞觀測(cè)到的NO平均濃度下降了70%以上,VOCs平均濃度下降了50%以上[23].

珠三角2020年疫情期間空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于2019年同期,AQI達(dá)標(biāo)率同比有所提升.受工業(yè)生產(chǎn)、交通排放污染物減少影響,一次污染來源為主的污染物NO2、CO、PM10改善幅度大于二次生成為主的污染物(如O3),Tang等[24]在深圳的研究也發(fā)現(xiàn),冬季較高濃度的大氣總氧化劑(O)可以促進(jìn)二次氣溶膠生成,從而導(dǎo)致前體物濃度下降幅度較大,但PM2.5降幅相對(duì)不大的情況.從珠三角代表性城市的VOCs監(jiān)測(cè)結(jié)果來看(表2),受疫情管控影響,珠三角代表性城市廣州、東莞、佛山、中山和江門的VOCs總濃度均有所下降.

氣象條件方面,2020年一季度的平均日照時(shí)數(shù)為3.3h,高于2019年同期平均水平(2.8h),O3生成條件相對(duì)較有利;日照時(shí)數(shù)是指太陽(yáng)每天在垂直于其光線的平面上的輻射強(qiáng)度等于或超過120W/m2的時(shí)間長(zhǎng)度,日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)有利于大氣光化學(xué)反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生,容易造成O3污染[25].珠三角平均降水日數(shù)為27.8d,同比減少4.1d,濕清除條件不利;珠三角小風(fēng)日數(shù)平均為55.2d,同比增加1.1d,擴(kuò)散條件一般.因此,一季度的氣象條件相對(duì)不利.

長(zhǎng)三角的研究表明,2020年1～3月受疫情影響期間,盡管NO與VOCs的排放均有較大程度下降,但O3濃度同比變化不大[26].對(duì)全國(guó)2020年初主要城市的空氣質(zhì)量分析也表明,疫情影響期間HCHO等VOCs的變化幅度不大,NO的下降會(huì)降低O3滴定效應(yīng),導(dǎo)致O3難以被消耗,同時(shí)受不利氣象條件影響,因此多數(shù)地區(qū)O3濃度變化不大[27].這些結(jié)果與本研究對(duì)珠三角1～3月的分析結(jié)論相近,即受疫情影響,O3濃度變化不大;但由于PM2.5與NO2等超標(biāo)城次同比有所減少,導(dǎo)致AQI達(dá)標(biāo)率同比有較大改善.

表2 2020年不同時(shí)段珠三角城市VOCs濃度與2019年同期對(duì)比(×10-6)

2.3.2 2020年4月O3污染程度變化成因 2020年3月21日,廣東省市場(chǎng)主體復(fù)工復(fù)產(chǎn),廣東省眾多行業(yè)逐漸進(jìn)入正常化生產(chǎn)生活狀態(tài).從而造成多行業(yè)污染物大量排放,多項(xiàng)污染物濃度接近歷史同期水平,廣州、東莞與中山等地的VOCs濃度同比有所上升(表2),上升幅度為7%～31%.另一方面,2020年4月,廣東出現(xiàn)了高溫、強(qiáng)日照等不利氣象條件,進(jìn)一步加重污染程度.2020年4月珠三角降水量約118mm,同比減少63%,平均風(fēng)速僅為1.85m/s,為2016年以來同期最低水平.2020年4月珠三角日照時(shí)數(shù)達(dá)到128.6h,同比增長(zhǎng)56%,也明顯高于2017～ 2019年同期的水平(113.7h,96.8h與82.4h),不利的氣象條件加速了O3生成速度.珠三角O3日評(píng)價(jià)濃度與日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖3),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.86,區(qū)域O3濃度超標(biāo)時(shí),珠三角日照時(shí)數(shù)均大于8h.

圖4 2020年4月珠三角O3濃度與日照時(shí)數(shù)的日變化規(guī)律

2.3.3 夏季“百日服務(wù)”期間O3污染變化成因 2020年5月23日至8月底,廣東省生態(tài)環(huán)境廳啟動(dòng)《2020年夏秋揮發(fā)性有機(jī)物治理達(dá)標(biāo)排放百日服務(wù)行動(dòng)方案》(粵環(huán)函〔2020〕236 號(hào),以下簡(jiǎn)稱“百日服務(wù)”),指導(dǎo)各類污染源無組織排放達(dá)標(biāo),提升工業(yè)污染源有組織排放綜合治理“三率”(治污設(shè)施收集率、運(yùn)行率和去除率).“百日服務(wù)”期間,東莞、佛山、中山和江門4市VOCs濃度同比均明顯下降(表2),其中,佛山與中山VOCs濃度降幅超25%,東莞與江門降幅分別約19%與63%,表明“百日服務(wù)”期間VOCs技術(shù)服務(wù)成效顯著.廣州VOCs濃度上升16%,可能與工業(yè)和機(jī)動(dòng)車活動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)有關(guān),2020年6～8月廣州市規(guī)模以上工業(yè)增加值中重工業(yè)同比增加13.2%(http://112.94.72.19/ gzStat1/chaxun/jdsj.jsp).從組分濃度比較來看(表3),廣州市VOCs濃度上升主要受烷烴、烯烴和芳香類組分影響,東莞市、佛山市和中山市“百日服務(wù)”期間各組分濃度均表現(xiàn)為同比下降,江門市除烯烴外,其他組分與同期相比濃度水平下降.

溶劑涂料揮發(fā)的典型VOCs物種為苯、甲苯、乙苯、間/對(duì)二甲苯和鄰-二甲苯[28];汽油車尾氣典型VOCs物種為異戊烷、正戊烷、異丁烷和正丁烷[29].從VOCs排放源典型物種來看,“百日服務(wù)”期間,廣州典型VOCs物種正丁烷、異丁烷、正戊烷和異戊烷濃度水平同比大幅上升,烷烴濃度上升與機(jī)動(dòng)車尾氣影響有關(guān),溶劑涂料揮發(fā)排放VOCs同比變化較小.“百日服務(wù)”期間,東莞市、佛山市、中山市和江門市汽油車尾氣與溶劑涂料揮發(fā)典型物種同比均有所降低.

2020年“百日服務(wù)”期間,珠三角平均風(fēng)速比2019年同期增加了7.6%,水平擴(kuò)散條件相對(duì)較好,但珠三角累計(jì)降水量?jī)H為769mm,比2019年同期減少32%,是2016年以來的同期最低值,表明濕清除條件不利.同時(shí),珠三角日照時(shí)數(shù)累計(jì)達(dá)598.4h,同比上升了20%,也高于2018年同期水平(564.6h),表明2020年夏季氣象條件有利于O3生成.然而,由于采取了對(duì)VOCs行業(yè)污染排放的技術(shù)服務(wù),使得5～8月AQI達(dá)標(biāo)率優(yōu)于2019年同期平均值.2020年“百日服務(wù)”期間珠三角O3濃度有所下降,表明在不利氣象條件下,尤其是珠三角城區(qū)O3污染以VOCs敏感為主的情況下[30-31],規(guī)范污染排放,VOCs等污染物濃度出現(xiàn)明顯下降,促進(jìn)了O3濃度的降低.

2.3.4 秋冬季“百日行動(dòng)”O(jiān)3污染變化成因 秋季是廣東省O3高發(fā)時(shí)間段,為遏制O3污染,進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量,9月底,廣東省生態(tài)環(huán)境廳出臺(tái)《關(guān)于開展藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)百日沖刺工作強(qiáng)化督導(dǎo)幫扶的通知》(粵污防辦〔2020〕15 號(hào),以下簡(jiǎn)稱“百日行動(dòng)”方案),按照依法治污、科學(xué)治污和精準(zhǔn)治污的總體思路,進(jìn)一步加強(qiáng)O3前體物的污染防控.2020年9～12月AQI達(dá)標(biāo)率保持在90%以上,明顯高于2019年同期水平.“百日行動(dòng)”期間(9月23日～12月31日)珠三角空氣質(zhì)量同比顯著改善,東莞、佛山、中山和江門4市VOCs濃度同比均明顯下降(表2),東莞與江門VOCs濃度降幅超25%,佛山與中山降幅分別約19%與10%,廣州VOCs濃度同比下降2%,表明“百日行動(dòng)”期間VOCs管控成效較顯著.

表3 2020年“百日服務(wù)”期間珠三角典型城市VOCs組分及典型物種濃度與2019年同期對(duì)比(×10-6)

從組分濃度比較來看(表4),“百日行動(dòng)”期間,廣州市VOCs濃度下降主要受烷烴影響,其他組分小幅同比上升;東莞市、佛山市和江門市“百日行動(dòng)”期間各組分濃度均表現(xiàn)為同比下降;除烯烴外,其他組分與2019年同期相比濃度水平下降.從VOCs排放源典型物種來看,“百日行動(dòng)”期間,廣州市典型VOCs物種正丁烷、異戊烷濃度水平同比下降,烷烴濃度下降與機(jī)動(dòng)車尾氣影響有關(guān),溶劑涂料揮發(fā)典型物種鄰二甲苯同比上升.“百日行動(dòng)”期間,東莞市、佛山市、中山市和江門市汽油車尾氣與溶劑涂料揮發(fā)典型物種同比均有所降低.整體來看,“百日行動(dòng)”期間,通過實(shí)施一系列污染管控措施,尤其是機(jī)動(dòng)車、工業(yè)企業(yè)等減排措施,對(duì)VOCs減排起到了積極作用.

從近幾年同期氣象情況來看, “百日行動(dòng)”階段珠三角降水僅89mm,略多于2019年同期,但遠(yuǎn)低于2016～2018年同期,因此,2020年“百日行動(dòng)”階段濕清除條件較差;但該時(shí)期珠三角平均風(fēng)速達(dá)2.3m/s,同比上升22%,為2016年以來最高水平,水平擴(kuò)散條件較有利.另外, “百日行動(dòng)”階段珠三角日照時(shí)數(shù)累計(jì)達(dá)515.5h,低于2019年同期(706.3h),但高于2018年同期(409.0h),與2017年同期水平接近(532.5h).因此,2020年“百日行動(dòng)”階段珠三角O3濃度與超標(biāo)率同比下降,一方面是由于VOCs污染排放有所減少,另一方面,是由于污染氣象條件同比有所改善.

表4 2020年“百日行動(dòng)”期間珠三角典型城市VOCs組分及物種濃度與2019年同期對(duì)比(×10-6)

2020年珠三角氣象條件變化與源排放變化導(dǎo)致O3污染的減輕程度仍有待進(jìn)一步定量分析,但下半年積極的O3污染防控政策效果明顯,說明O3污染可防可控,建議繼續(xù)加強(qiáng)O3前體物污染源技術(shù)服務(wù),依法、科學(xué)、精準(zhǔn)治污,以盡快使O3濃度進(jìn)入下降通道.

3 結(jié)論

3.1 2020年O3全年各月均已成為珠三角超標(biāo)天最主要的首要污染物;O3污染相對(duì)嚴(yán)重的月份是4、8～11月,月度評(píng)價(jià)濃度分別達(dá)到175,164,166,171與162μg/m3,超過國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其它月份均達(dá)標(biāo),6～12月O3污染情況同比改善明顯,AQI達(dá)標(biāo)率同比上升明顯.

3.2 2020年一季度受春節(jié)假期和疫情管控等因素影響,大氣污染物排放量明顯減少,但O3濃度下降不明顯,主要由于日照時(shí)數(shù)同比上升等不利氣象條件,加重O3污染程度;4月全面復(fù)工復(fù)產(chǎn),以及輻射相對(duì)較強(qiáng)的氣象條件,使O3評(píng)價(jià)濃度同比上升約58%; 5～8月“百日服務(wù)”與9～12月“百日行動(dòng)”采取的措施有效降低O3前體物排放量,NO2濃度同比下降了22%～23%,VOCs濃度下降了18%～26%,使兩個(gè)階段的O3評(píng)價(jià)濃度均同比下降了20%左右,使2020年珠三角AQI達(dá)標(biāo)率有較大提升.

[1] Xiao L, Hong J, Lin Z, et al. Severe surface ozone pollution in China: A global perspective [J]. Environmental Science & Technology, 2018, 5:487-494.

[2] 沈 勁,何 靈,程 鵬,等.珠三角北部背景站O3濃度變化特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2019,28(10):2006-2011.

Shen J, He L, Cheng P, et al. Characteristics of ozone concentration variation in the northern background site of the Pearl River Delta [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2019,28(10):2006-2011.

[3] 沈 勁,楊土士,晏平仲,等.廣東省O3污染特征及其成因分析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2020,43(12):90-95.

Shen J, Yang T S, Yan P Z, et al. Characteristics and causes of ozone pollution in Guangdong Province [J]. Environmental Science & Technology, 2020,43(12):90-95.

[4] Song C, Wu L, Xie Y, et al. Air pollution in China: Status and spatiotemporal variations [J]. Environmental Pollution, 2017,227(8): 334-347.

[5] 沈 勁,劉瑀菲,晏平仲,等.基于三維空氣質(zhì)量模型的廣東省O3生成速率分析[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 2020,36(2):157-164.

Shen J, Liu Y, Yan P Z, et al. Analysis of ozone formation rate in Guangdong based on three-dimensional air quality model [J]. Environmental Monitoring in China, 2020,36(2):157-164.

[6] Zhong Z, Zheng J, Zhu M, et al. Recent developments of anthropogenic air pollutant emission inventories in Guangdong province, China [J]. Science of the Total Environment, 2018,627: 1080-1092.

[7] 黃鶴雯,沙青娥,朱曼妮,等.珠三角2010～2017年主要工業(yè)源VOCs排放結(jié)構(gòu)與組分變化[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2020,40(11):4641-4651.

Huang H W, Sha Q E, Zhu M N, et al. Evolution of emission characteristics and species of industrial VOCs emission in Pearl River Delta Region, 2010～2017 [J]. China Environmental Science, 2020, 40(11):4641-4651.

[8] Ou J, Zheng J, Li R, et al. Speciated OVOC and VOC emission inventories and their implications for reactivity-based ozone control strategy in the Pearl River Delta region, China [J]. Science of the Total Environment, 2015,530-531:393-402.

[9] Tan Z, Lu K, Hofzumahaus A, et al. Experimental budgets of OH, HO2, and RO2radicals and implications for ozone formation in the Pearl River Delta in China 2014 [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2019,19(10):7129-7150.

[10] He Z, Wang X, Ling Z, et al. Contributions of different anthropogenic volatile organic compound sources to ozone formation at a receptor site in the Pearl River Delta region and its policy implications [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2019:1-34.

[11] Ding J, van der A R J, Eskes H J, et al. NOemissions reduction and rebound in China due to the COVID-19crisis [J]. Geophys. Res. Lett., 2020,47:1–9.

[12] Zhao Y B, Zhang K, Xu X T, et al. Substantial changes in nitrogen dioxide and ozone after excluding meteorological impacts during the COVID-19 outbreak in mainland China [J]. Environ. Sci. Technol. Lett, 2020,7:402–408.

[13] Tan Z, Lu K, Jiang M, et al. Exploring ozone pollution in Chengdu, southwestern China: A case study from radical chemistry to O3-VOC- NOsensitivity [J]. Science of the Total Environment, 2018,636:775- 786.

[14] 周 炎,張 濤,林玉君,等.珠三角城市群甲醛的時(shí)空分布、來源及其對(duì)臭氧生成的影響[J]. 環(huán)境化學(xué), 2022,41(7):2356-2363.

Zhou Y, Zhang T, Lin Y J, et al. The characteristics and source of formaldehyde in the Pearl River Delta and its impact on ozone formation [J]. Environmental Chemistry, 2022,41(7):2356-2363.

[15] 傅春華,陳 玲,丁景松.東莞國(guó)家基本氣象站觀測(cè)系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護(hù)[J]. 氣象研究與應(yīng)用, 2010,31(S2):147-152.

Fu C H, Chen L, Ding J S. Lightning electromagnetic pulse protection for the observation system of dongguan National Basic Weather Station [J]. Journal of Meteorological Research and Application, 2010, 31(S2):147-152.

[16] 鄭 濤,周粵佳,盧 超,等.提高區(qū)域氣象觀測(cè)站網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的方法[J]. 廣東氣象, 2013,35(4):71-77.

Zheng T, Zhou Y J, Lu C, et al. Methods to improve the operation stability of regional meteorological observation network [J]. Guangdong Meteorology, 2013,35(4):71-77.

[17] HJ 818-2018 環(huán)境空氣氣態(tài)污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范[S].

HJ 818-2018 Technical specification for operation and quality control of continuous automatic monitoring system for ambient air gaseous pollutants (SO2, NO2, O3, CO) [S].

[18] HJ 1010-2018 環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法[S].

HJ 1010-2018 Technical requirements and detection methods of continuous monitoring system for volatile organic compounds in ambient air by gas chromatography [S].

[19] HJ 663—2013 環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行) [S].

HJ 663—2013 Technical specification for environmental air quality assessment (Trial) [S].

[20] 國(guó)家大氣光化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)審核技術(shù)指南(2021版)(試行) [Z].

Technical guide for automatic monitoring data review of National Atmospheric Photochemical monitoring network (version 2021) (Trial) [Z].

[21] 廣東省生態(tài)環(huán)境廳.廣東省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于印發(fā)2020年夏秋季揮發(fā)性有機(jī)物治理達(dá)標(biāo)排放百日服務(wù)行動(dòng)方案的通知[EB/OL]. http://gdee.gd.gov.cn/wj5666/content/post_3024223.html.

Department of Ecological Environment of Guangdong Province. Notice of the department of ecological environment of Guangdong Province on printing and distributing the 100day service action plan for the treatment and emission of volatile organic compounds in summer and autumn of 2020 [EB/OL]. http://gdee.gd.gov.cn/wj5666/ content/post_3024223.html.

[22] 陳 亮.廣東啟動(dòng)2020年藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)百日沖刺行動(dòng)不作為慢作為將被嚴(yán)肅問責(zé)[EB/OL]. 金羊網(wǎng), 2020-10-01,https://news.ycwb. com/2020-10/01/content_1199524.htm.

Chen L. Guangdong launched the 100day sprint of 2020 blue sky defense war. Inaction and slow action will be seriously held accountable [EB/OL]. ycwb.com, 2020-10-01,https://news.ycwb.com/ 2020-10/01/content_1199524.htm.

[23] Qi J, Mo Z , Yuan B , et al. An observation approach in evaluation of ozone production to precursor changes during the COVID- 19 lockdown [J]. Atmospheric Environment, 2021,262:118618.

[24] Tang M X, Huang X F, Sun T L, et al. Decisive role of ozone formation control in winter PM2.5mitigation in Shenzhen, China [J]. Environmental Pollution, 2022,301:119027.

[25] 李婷苑,陳靖揚(yáng),翁佳烽,等.廣東省臭氧污染天氣型及其變化特征[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2022,42(5):2015-2024.

Li T Y, Chen J Y, Weng J F, et al. Ozone pollution synoptic patterns and their variation characteristics in Guangdong Province [J]. China Environmental Science, 2022,42(5):2015-2024.

[26] Li L, Li Q, Huang L, et al. Air quality changes during the COVID- 19 lockdown over the Yangtze River Delta Region: An insight into the impact of human activity pattern changes on air pollution variation [J]. Science of The Total Environment, 2020,732:139282.

[27] Pei Z , Ge H, Xin M, et al. Response of major air pollutants to COVID-19 lockdowns in China-Science Direct [J]. Science of The Total Environment, 2020,743:140879.

[28] Borbon A, Locoge N, Veillerot M, et al. Characterization of NMHCs in a French urban atmosphere: overview of the main sources [J]. Sci. Total Environ., 2002,292:177–191.

[29] Ho K F, Lee S C, Ho W K, et al. Vehicular emission of volatile organic compounds (VOCs) from a tunnel study in Hong Kong [J]. Atmos. Chem. Phys., 2009,9:7491–7504.

[30] Wang P, Chen Y, Hu J, et al. Source apportionment of summertime ozone in China using a source-oriented chemical transport model [J]. Atmospheric Environment, 2019,211:79-90.

[31] Lu H, Lyu X, Cheng H, et al. Overview on the spatial-temporal characteristics of ozone formation regime in China [J]. Environmental Science: Processes & Impacts, 2019,21:916-929.

Characteristics and main causes of ozone pollution in the Pearl River Delta in 2020.

CHEN Duo-hong1, SHEN Jin1, CHEN Yao-yao1, ZHOU Yan1, ZHANG Tao1, LIAO Tong1*, LIAO Cheng-hao2, ZHAO Wen-long3, WANG Bo-guang3**, LI Ting-yuan4

(1.State Environmental Key Laboratory of Regional Air Quality Monitoring, Guangdong Environmental Protection Key Laboratory of Secondary Air Pollution Research, Guangdong Ecological Environmental Monitoring Center, Guangzhou 510308, China；2.Guangdong Provincial Academy of Environmental Science, Guangzhou 510000, China；3.Institute for Environmental and Climate Research, Jinan University, Guangzhou 511443, China；4.Guangdong Ecological Meteorology (Pearl River Delta Center for Environmental Meteorology Prediction and Warning), Guangzhou 510640, China)., 2022,42(11)：5000～5007

Based on the regulatory monitoring of atmospheric pollutants and components and meteorological data, the characteristics and main causes of ozone pollution in the Pearl River Delta (PRD) in 2020 were studied and analyzed. The results showed that ozone was the primary air pollutant in each month in the PRD in 2020. The annual concentration of ozone was 148mg/m3, decreased by 16% on a year-on-year basis, and the AQI compliance rate increased by 9.5%. The months with relatively serious ozone pollution in 2020 were April, August to November. The corresponding monthly ozone concentrations reached 175, 164, 166, 171 and 162mg/m3, respectively, all exceeding the national air quality standard of the secondary level of 160mg/m3. In other months, the ozone concentrations met the standard. From June to December, the ozone pollution conditions improved significantly compared in 2019, and thus increased the AQI compliance rate significantly year-on-year. In the first quarter of 2020, the emission of air pollutants decreased significantly due to the Spring Festival holiday and epidemic factors. However, the decrease in ozone concentration was not obvious, mainly because of a yearly increase in sunshine hours by about 19%. The comprehensive resumption of work and production in the PRD in April and the meteorological conditions with relatively strong radiation increased the ozone concentration by about 58% year-on-year. The pollution control measures taken in the “100-day service” from May to August and the “100-day action”from September to December effectively reduced the emission of ozone precursors. The concentration of NO2decreased by 22%～23% and the concentration of VOCs decreased by 18%～26%, resulting in the concentration of ozone in these two stages decreasing by about 20% year-on-year.

Pearl River Delta；ozone；pollution characteristics；main causes

X511

A

1000-6923(2022)11-5000-08

陳多宏(1979-),男,安徽壽縣人,教授級(jí)高工,博士,主要從事大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析研究.發(fā)表論文93篇.

2022-04-05

廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020B1111360003, 2019B110206001);國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFE0106900,2018YFC0213903);廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2019B121201002,2019B020208006)

* 責(zé)任作者, 高級(jí)工程師, 2249819237@qq.com; ** 教授, tbongue@jnu.edu.cn