潘辰熙，陸曉燕，徐 娜

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境與材料工程系，江蘇 江陰 214405)

臭氧(O3)污染已是近年來最受人類關(guān)注的全球大氣環(huán)境問題之一。隨著政府對(duì)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的持續(xù)實(shí)施，我國大氣環(huán)境中的顆粒物(TSP)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的濃度持續(xù)降低，但臭氧濃度總體不降反升，得不到有效的改善。

江陰為江蘇省省轄縣級(jí)市，屬于工業(yè)強(qiáng)市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。近年來，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，一定程度上優(yōu)化了城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，但是，工業(yè)的比重仍然過高，且紡織印染、化工、冶金等傳統(tǒng)污染產(chǎn)業(yè)比相對(duì)較高。目前，江陰的環(huán)境空氣質(zhì)量一直是整個(gè)無錫地區(qū)最差的城市。本文主要分析江陰市地區(qū)臭氧污染控制現(xiàn)狀，了解臭氧污染狀況的時(shí)空分布變化特征。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究以江陰市2019年—2021年環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括PM2.5、PM10、O3、SO2、NO2和CO等六種基本污染物質(zhì)，數(shù)據(jù)信息來源于中國城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)(www.aqistudy.cn)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

對(duì)于環(huán)境空氣中的臭氧，主要有一小時(shí)平均和日最大八小時(shí)平均的限值要求。本次研究采用指標(biāo)為日最大 8 h 滑動(dòng)平均質(zhì)量濃度(以下以“O3-8 h”表示)，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)[1]和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ663-2013)[2]統(tǒng)計(jì)出有效數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。城市每天的O3-8 h 由O3日最大 8 h 的算術(shù)平均質(zhì)量濃度計(jì)算得出。

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》[3]可將O3-8 h 分為以下五個(gè)級(jí)別：重度污染(266～800 μg/m3)；中度污染(216～265 μg/m3)；輕度污染(161～215 μg/m3)；良(101～160 μg/m3)；優(yōu)(1～100 μg/m3)。

2 結(jié)果與討論

2.1 O3質(zhì)量濃度變化情況

2.1.1 O3年質(zhì)量濃度變化情況

2019年以來，江陰市城市空氣中O3質(zhì)量濃度略有下降。圖1為2019—2021年江陰市O3-8 h 年際變化。從圖1中看出，江陰市2019—2021年O3-8 h 年均值評(píng)價(jià)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，2019—2021年間O3-8 h 年均值呈緩慢下降趨勢(shì)。其質(zhì)量濃度在二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值范圍101～160 μg/m3。

圖1 2019—2021年江陰市O3-8 h 年度變化

近年來，江陰市總體環(huán)境空氣質(zhì)量得到顯著改善，SO2、NO2、PM10與PM2.5均呈顯著下降的趨勢(shì)，而O3的下降趨勢(shì)不明顯，污染問題仍未得到改善。O3已經(jīng)代替其他污染物成為最主要的大氣污染物。隨著我國大氣污染防治的推進(jìn)，揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作的有效實(shí)施，O3污染的趨勢(shì)也得到了遏制，未繼續(xù)惡化，但其防治效果尚不明顯。

2.1.2 O3首要污染物變化

近年來，隨著空氣質(zhì)量總體向好，江陰市環(huán)境空氣的優(yōu)良率不斷提高。目前江陰市環(huán)境空氣中的首要污染物主要有：PM2.5、PM10、NO2與O3這四種污染物。從圖2中看出，2019—2021年，O3作為首要污染物的比例居高不下，2021年略有下降，但總體仍然偏高。

圖2 2019—2021年江陰市空氣中首要污染物變化情況

2.1.3 O3月質(zhì)量濃度變化和季節(jié)變化規(guī)律

江陰市臭氧質(zhì)量濃度月變化規(guī)律明顯。從圖3數(shù)據(jù)得到：2019年的1—6月，臭氧月均質(zhì)量濃度逐漸升高，6月出現(xiàn)峰值，7—12開始出現(xiàn)回落狀態(tài)；2020年的1—5月，臭氧月均質(zhì)量濃度逐漸升高，5月出現(xiàn)第一個(gè)峰值，6、7月開始回落，8月出現(xiàn)第二個(gè)峰值，然后持續(xù)開始回落；2021年的1—6月，臭氧月均質(zhì)量濃度逐漸升高，6月出現(xiàn)第一個(gè)峰值，7月開始回落，8、9月重新開始上升，9月出現(xiàn)第二個(gè)峰值，然后開始回落?？傮w上，江陰市2019—2021年臭氧月均質(zhì)量濃度以雙峰的形式呈現(xiàn)。從季節(jié)上看，臭氧污染主要集中在夏秋和冬初季，其中夏季和秋季污染最為嚴(yán)重。

圖3 江陰市2019—2021 O3質(zhì)量濃度月變化規(guī)律

江陰市因地處我國北亞熱帶季風(fēng)氣候，每年的6—7月份以梅雨天氣較多、降水量增大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)等原因，導(dǎo)致空氣中的NOx和VOCs得不到充足的光照，以及溫度下降等氣象條件的改變[4]，從而出現(xiàn)了江陰市的臭氧質(zhì)量濃度在6—7月逐漸下降的情況。符合光照減少及溫度降低等氣象條件的改變是導(dǎo)致O3濃度下降的重要因素這一現(xiàn)象[5]。

2.2 O3與其他污染物的關(guān)系

2.2.1 O3與顆粒物

臭氧與顆粒物之間的關(guān)系極為復(fù)雜，容易受到外界氣候因素的影響，如雨水、風(fēng)級(jí)等。由于O3是通過CO、NOx和VOCs發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成，光的通量直接決定了O3的生成能力。當(dāng)大氣中的懸浮顆粒物的濃度增高時(shí)，氣溶膠光學(xué)厚度也在相應(yīng)增加，這也直接導(dǎo)致了達(dá)到近地面的光量被相對(duì)減弱，使光化學(xué)反應(yīng)速率降低，從而也就削弱了臭氧的生成。

圖4、圖5、圖6分別為江陰市2019、2020、2021年顆粒物月均質(zhì)量濃度和O3月均質(zhì)量濃度的關(guān)系。通過對(duì)數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)了臭氧質(zhì)量濃度與顆粒物質(zhì)量濃度之間的關(guān)系一般呈相反的趨勢(shì)變化。在冬春季節(jié)，臭氧質(zhì)量濃度較低，顆粒物質(zhì)量濃度較高；在夏秋季，臭氧質(zhì)量濃度較高，顆粒物質(zhì)量濃度較低[6]。

圖4 江陰市2019年O3與顆粒物月均質(zhì)量濃度分布

圖5 江陰市2020年O3與顆粒物月均質(zhì)量濃度分布

圖6 江陰市2021年O3與顆粒物月均質(zhì)量濃度分布

2.2.2 O3與其前體物NO2和CO

NOx、CO和VOCs作為O3的前體物，濃度發(fā)生改變時(shí)也會(huì)對(duì)O3的濃度產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)O3通過NOx、CO和VOCs發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成較多時(shí)，O3的濃度上升，而NOx、CO和VOCs的濃度則會(huì)相對(duì)下降。圖6、圖7、圖8分別為江陰市2019、2020、2021年NO2、CO月均質(zhì)量濃度與O3月均質(zhì)量濃度的關(guān)系。

圖7 江陰市2019年O3與NO2、CO月均質(zhì)量濃度分布

圖8 江陰市2020年O3與NO2、CO月均質(zhì)量濃度分布

從圖7、圖8、圖9中看出，在太陽輻射弱的冬春季，光化學(xué)反應(yīng)的速率較低，前體物消耗較少，導(dǎo)致NO2、CO月均質(zhì)量濃度較高，臭氧質(zhì)量濃度較低；在太陽輻射強(qiáng)的夏秋季，光化學(xué)反應(yīng)的速率較高，前體物消耗較多，導(dǎo)致NO2、CO月均質(zhì)量濃度較低，臭氧質(zhì)量濃度較高。

圖9 江陰市2021年O3與NO2、CO月均質(zhì)量濃度分布

3 結(jié)論

1)江陰市2019—2021年O3為首要污染物、年均質(zhì)量濃度大致呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。

2)從季節(jié)上看，臭氧污染主要集中在夏秋和冬初季，其中夏季和秋季污染最為嚴(yán)重。從月份上來看，江陰市O3質(zhì)量濃度在5、6月出現(xiàn)第一個(gè)峰值；在8、9月出現(xiàn)第二個(gè)峰值；7月因梅雨氣候較多，導(dǎo)致光照不夠充足，前體物通過光化學(xué)反應(yīng)生成O3的速率較低，O3的質(zhì)量濃度也就有所下降

3)O3與其他污染物因受江陰市的氣候條件影響，兩者之間的關(guān)系較為復(fù)雜。通過對(duì)江陰市3年間O3與其他污染物的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，在冬春兩季江陰市的溫度較低、雨量較小，致使顆粒物濃度較高，到達(dá)近地面的通光量較小，導(dǎo)致生成O3的光化學(xué)反應(yīng)受到的日照較弱，O3的質(zhì)量濃度也相應(yīng)較低；在夏秋兩季江陰市的溫度較高、雨量較大，致使顆粒物質(zhì)量濃度較低，到達(dá)近地面的通光量較大，導(dǎo)致生成O3的光化學(xué)反應(yīng)受到的日照較強(qiáng)，O3的質(zhì)量濃度也相應(yīng)較高。由于NO2、CO作為 O3的前體物，在冬春兩季 O3生成較少，NO2、CO的消耗也較小，也就導(dǎo)致NO2、CO的質(zhì)量濃度較高；在夏秋兩季 O3生成較多，NO2、CO的消耗也較大，也就導(dǎo)致NO2、CO的質(zhì)量濃度較低?？傮w看來，江陰市2019—2021年間臭氧與其他污染物的規(guī)律大致都呈反比。