陳育華，林建生

（1.韶關(guān)市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站樂昌分站，廣東 韶關(guān) 512000；2.廣州大學(xué)，廣東 廣州 510000）

0 引言

21 世紀以來，隨著中國工業(yè)化進程的不斷完善和私家車等移動交通工具的不斷普及，大量的工業(yè)廢氣和汽車尾氣排放使得中國的空氣污染更加嚴重，特別是以臭氧（O3）為主的光化學(xué)霧霾污染和高濃度細顆粒物（PM2.5）的霧霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生[1]。為了更加客觀合理地評價空氣質(zhì)量，2012 年中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部頒布的《環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3095—2012）明確規(guī)定了臭氧的新標準濃度值——1 h 臭氧濃度值和8 h臭氧濃度值[2]。根據(jù)《廣東省城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況》（2018 年8 月）公布的數(shù)據(jù)，與2017 年相比，臭氧已成為廣東省的首要污染物，占比達92.4%。不難看出，隨著廣東省經(jīng)濟的不斷發(fā)展，煤化石燃料使用量的急劇增加和機動車的大量使用直接或間接導(dǎo)致了臭氧濃度的增加[3-5]。長期高濃度臭氧污染會對人體健康造成危害，尤其是對人體呼吸道和神經(jīng)系統(tǒng)的危害。嚴重者會引起哮喘、胸悶、頭痛、思維能力下降等，這是真正的“隱形殺手”[6-7]。

本研究監(jiān)測期為秋季8 月22 日—28 日。利用大氣運動監(jiān)測系統(tǒng)，以韶關(guān)市樂昌市某區(qū)域為中心，對特定路線的運動進行監(jiān)測，采集NO2和O3濃度等數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件對監(jiān)測路線沿線的O3濃度及O3濃度變化進行監(jiān)測。對臭氧污染的時空分布特征、濃度變化與影響因素的相關(guān)性分析、來源分析進行了研究，為改善該市空氣質(zhì)量、減少臭氧污染提供初步的數(shù)據(jù)參考。

1 研究方法

如圖1 所示，沿固定路線，從第五中學(xué)出發(fā)，經(jīng)過南塔路到廣東省第二農(nóng)機廠，然后到達長塘路，繞南塔公園到達殯儀館，最后回到第五中學(xué)。選擇上述路線的主要原因是：長塘路、南塔路和南塔公園在該區(qū)域可以很好的覆蓋，具有典型性。路線主要經(jīng)過露天工地、學(xué)校和交通路口，監(jiān)測數(shù)據(jù)具有代表性。

圖1 研究路線示意圖

使用Aeroqual S500 臭氧監(jiān)測儀測量臭氧濃度。監(jiān)測儀將周圍的空氣吸入一個外殼，在這個外殼中，臭氧分子通過其氧化傾向，改變感應(yīng)材料（一種加熱的氧化鎢薄膜）的電狀態(tài)。薄膜被沉積在金屬電極上，電阻的變化可以反映臭氧濃度的變化。測量周期約為68 s，而數(shù)據(jù)每分鐘記錄為最近更新的值。對于步長增加，響應(yīng)時間約為3 個采樣間隔（約3 min），對于步長減少，響應(yīng)時間約為一個采樣間隔（約1 min）。該移動監(jiān)測儀器是Sniffer4D 智能嗅覺超細網(wǎng)格大氣移動監(jiān)測系統(tǒng)，使用世界領(lǐng)先的英國Alphasense 氣體傳感器。實時監(jiān)控數(shù)據(jù)可通過4G 信號或數(shù)據(jù)線傳輸?shù)脚涮椎臄?shù)據(jù)處理軟件Sniffer4D Mapper 數(shù)據(jù)可視化分析軟件。2019 年8 月22 日—28 日，為期7 d。根據(jù)中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)，這段時間O3的平均質(zhì)量濃度為62.8 μg/m3。移動抽樣每天3 次，時間分別為09：00—09：30、15：00—16：00 和21：00—21：30。

數(shù)據(jù)處理與分析采用儀器自帶的Sniffer4D Mapper 數(shù)據(jù)可視化分析軟件對采樣數(shù)據(jù)進行初步判斷與分析。利用軟件提供的二維網(wǎng)格圖和三維點云圖，可以查看垂直范圍的數(shù)據(jù)變化和不同地方的O3濃度，并對中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測發(fā)布的該市數(shù)據(jù)進行對比分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 O3 濃度的時間分布特征

樂昌市臭氧濃度日變化特征如表1 所示。7 d 內(nèi)O3濃度的日變化趨勢大致呈早晚低、下午高的“單峰”模式，04：00—08：00，O3濃度較低。O3濃度數(shù)據(jù)08：00 開始上升，16：00 左右達到峰值，之后整體數(shù)據(jù)開始下降。另外可以看到，20：00 時左右，該市臭氧質(zhì)量濃度基本上都低于100 μg/m3。

表1 該市8 月22 日—28 日臭氧濃度日變化過程

研究期間，該市上午O3質(zhì)量濃度基本在14～147 μg/m3，下午O3質(zhì)量濃度基本在32～147 μg/m3。晚上濃度較下午低，在7～97 μg/m3。根據(jù)《環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3095—2012），O3濃度的1 h 平均水平為160 μg/m3，第二水平為200 μg/m3。從圖2 可以看到，研究區(qū)的臭氧濃度低于國家規(guī)定的二級，表明研究區(qū)臭氧在可接受范圍內(nèi)。此外，根據(jù)監(jiān)測路線的不同，個別區(qū)域的O3濃度在一定時間內(nèi)出現(xiàn)“最大值”，判斷為O3濃度飆升，這與監(jiān)測過程中的環(huán)境和人類活動有關(guān)。

圖2 O3 平均日變化箱形圖（上午—下午—晚上）

2.2 O3 質(zhì)量濃度的空間變異特征

研究期間O3質(zhì)量濃度的等值線分布如圖3 所示。顏色越深，該區(qū)域O3質(zhì)量濃度越高。通過對比可以清楚地看到，下午的O3質(zhì)量濃度等高線圖最暗，主要集中在南塔路和長塘路附近，晚上的區(qū)域圖次之，上午的區(qū)域圖最亮，符合O3質(zhì)量濃度的單峰趨勢。與數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，上午、下午和晚上測得的O3平均質(zhì)量濃度分別為25、89.5、39.0 μg/m3。

圖3 臭氧質(zhì)量濃度等值線的時空分布

圖4 顯示了研究區(qū)內(nèi)不同地點的O3濃度的日變化情況。總體而言，4 個地點南塔路、第五中學(xué)、南塔公園和長塘路濃度日變化均呈單峰分布?？梢郧宄乜吹?，南塔路的監(jiān)測數(shù)據(jù)高于其他3 個地點，下午或夜間的O3質(zhì)量濃度監(jiān)測值均超過50 μg/m3。原因可能是南塔路車流量大，人流量大，機動車尾氣排放大，污染源集中。南塔公園的價值相對較低，相對而言，南塔公園和第五中學(xué)的O3濃度較4 個地點低，可能是因為人流量和車輛較少，說明人類排放源對特定地點O3濃度的影響較大。

圖4 各地點臭氧濃度的日變化

2.3 O3 污染來源分析

本研究移動監(jiān)測結(jié)果顯示，該市8 月22 日—28 日O3日平均濃度基本低于本研究區(qū)（圖5）。所研究區(qū)域在樂昌市南塔公園附近，與市中心有一定距離。許多研究表明，城市郊區(qū)的O3濃度數(shù)據(jù)普遍高于市區(qū)，這可能是由于市區(qū)的O3污染或前體NOx的區(qū)域運輸。氮氧化物由城市向郊區(qū)輸送，在日照充足、溫度較高的天氣條件下，自然排放的揮發(fā)性有機化合物生成O3。

圖5 某市市區(qū)與研究區(qū)臭氧日平均濃度比較

圖6 不同NO2 濃度與臭氧濃度的相關(guān)性

因此，本研究比較了O3質(zhì)量濃度和前體NO2質(zhì)量濃度的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同的NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度存在不同的相關(guān)性（圖6）。當NO2質(zhì)量濃度小于30 μg/m3時，NO2質(zhì)量濃度與O3濃度呈負相關(guān)，而當NO2質(zhì)量濃度大于40 μg/m3時，NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。研究區(qū)南塔路日交通量巨大，機動車怠速時，釋放出大量未完全燃燒的CO，促進了O3質(zhì)量濃度的升高。與南塔路相比，南塔公園車流量不大，午后O3質(zhì)量濃度明顯低于南塔路等車流量較大的交叉口。此外，臭氧污染的區(qū)域傳輸明顯，秋季廣東省粵東北臭氧的區(qū)域輸送占臭氧污染的比重較大。因此，可以判斷NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，NO2質(zhì)量濃度與外部O3運輸存在一定的相關(guān)性，從而導(dǎo)致了NO2質(zhì)量濃度局部上升，反而促進了O3生產(chǎn)的錯誤印象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8 月25 日，O3質(zhì)量濃度達到最大值，隨后下降至8 月28 日，在此期間，研究區(qū)前體NO2變化不明顯。研究期間該市氣象資料顯示，8 月22 日—25 日風向為東北，推測研究區(qū)高濃度O3污染可能在一定程度上被輸送。

3 結(jié)論

本文采用高精度氣體傳感器于2019 年8 月對樂昌市南塔公園周邊的O3質(zhì)量濃度進行監(jiān)測，并對其時空分布特征及影響因素進行分析研究。得到以下結(jié)論：研究區(qū)臭氧污染日變化特征呈單峰分布，下午15：00 左右達到峰值，1 h 內(nèi)平均質(zhì)量濃度低于國家200 μg/m3污染標準。對比該市與監(jiān)測區(qū)O3質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)可以看出，中心城區(qū)O3質(zhì)量濃度明顯低于本實驗監(jiān)測區(qū)。研究區(qū)臭氧濃度污染存在明顯的空間分布特征，高濃度臭氧主要集中在南塔路、長塘路等交通量較大的區(qū)域，說明高濃度臭氧可能與機動車尾氣排放前體有關(guān)。結(jié)合風向條件，推測研究區(qū)可能存在一定程度的高濃度O3污染區(qū)域輸送。