黔江区大气臭氧浓度变化特征及相关影响因素研究

张宗庆，张永江，邓 茂，王祥炳，姚 靖（重庆市黔江区环境监测中心站，重庆 409000）

黔江区大气臭氧浓度变化特征及相关影响因素研究

张宗庆，张永江，邓 茂，王祥炳，姚 靖
（重庆市黔江区环境监测中心站，重庆 409000）

以黔江区城区大气中O3质量浓度观测资料为基础，研究其浓度变化特征及相关气象因子的影响。结果表明：全年观测期间下坝O3小时浓度未出现超标，区政府观测站点共有25d出现O3日最大质量浓度超标情况，最大O3质量浓度达到262.1μg／m3。下坝和区政府观测站点年均O3质量浓度分别为52.5μg／m3和78.1μg／m3。两个观测站点O3小时浓度在四季均呈明显的单峰分布。气温和风速是影响黔江区大气O3质量浓度的重要因素。

臭氧；变化特征；研究；气象因子；影响；黔江区

0 引言

受人类活动影响，城市大气污染成为当前关注焦点。臭氧是影响城市大气环境的重要污染气体之一。由于近年来近地面臭氧（O3）浓度不断增加，研究城市大气环境中O3浓度的形成和变化已成为国际国内关注的环境科学领域重要前沿课题。伴随着城市规模快速扩增和机动车尾气排放的增加，城市大气环境中的NOx、CHx、CO、NMHC和醛类等污染物经过一系列光化学反应形成城市光化学烟雾污染，这些物质是O3生成重要前体污染物［1-2］。O3也成为光化学烟雾的特征污染物质之一，占光化学反应产物的85％以上［3］。

城市大气中近地面O3污染已引起高度关注，主要集中于研究O3的污染特征、变化规律和相关影响因素。在日本、欧洲和中国等地进行了许多观测分析与研究。近地面O3浓度变化受气象条件（如：气温、风速、风向等）影响很大，不同季节O3日变化特征呈明显变化趋势［4］。随着经济的快速发展，黔江区机动车保有量逐渐增长。机动车快速增长给黔江区大气环境质量造成了显著的负面影响。

黔江区地处武陵山腹地，位于渝东南边缘，是重庆市委、市政府确定的渝东南地区中心城市，被命名为“全国低碳国土实验区”，“2012年11月28日，黔江区被联合国环境基金会评为“绿色中国·杰出绿色生态城市”。因此，对黔江区大气环境质量和特征污染物的研究非常重要。本文以黔江区城区大气中O3质量浓度观测资料为基础，研究其时间变化特征及相关气象因子的影响，为黔江区中心城市O3污染防治和深入研究提供依据。

1 材料与方法

观测站位于黔江区区政府会议楼和下坝民族中学，为国控监测点位，空气质量自动监测实施24h连续采样。自动监测项目为二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入颗粒物（PM10）、风向、风速、气温、气压、湿度等相关参数，监测频率为24h连续自动监测，执行 《HJ／T193-2005环境空气质量自动监测技术规范》。两个观测站点的资料可以代表黔江区城区大气污染特点。

O3观测仪器采用瑞典OPSIS公司的长光程DOAS分析系统（AR500），通过OPSIS的控制软件，实现分析仪的所有功能，包括：数据采集系统和光学元件的运作、数据的计算和分析处理以及分析仪的输入和输出通讯。发射器光源采用高压氙灯（B类），氙灯发射出的平稳覆盖波长包括紫外波段（0.2～0.4μm）和可见光波段（0.4～0.7μm）。DOAS技术的理论基础是Beer-Bouguer-Lambert定律，通过窄带分子的特征吸收波段来区分痕量气体种类，利用测量的大气光谱差分吸收光谱密度与标准吸收截面进行最小二乘法拟合，从而确定气体的质量浓度，仪器详细技术规范参见文献［5］。O3测量范围：0～1000μg／m3，最低检测限：2μg／m3，零点漂移：±4μg／m3，年跨度漂移：±4％。

本文选取2013年对大气O3质量浓度进行连续观测。对所取得数据按照仪器规范进行了质量控制，剔出了无效数据。

2 结果与讨论

2.1O3质量浓度时间变化

2013年1月1日—12月31日黔江区2个空气自动观测站O3日最大质量浓度和日均质量浓度的时间变化曲线见图1和图2。《GB3095-2012环境空气质量标准》中O3小时浓度二级标准为200μg／m3。全年观测期间下坝O3小时浓度未出现超标，区政府观测站点共有25d出现O3日最大质量浓度超标情况，最大O3质量浓度出现在2013年10月15日14∶00，达到262.1μg／m3，从图可以看出，超标主要出现在夏季。从图2可以看出，下坝观测站点O3日均浓度值在春夏季较高，而区政府观测站点在夏秋季相对较高。O3日均质量浓度呈现明显的季节变化特征，下坝站春季平均质量浓度为61.8μg／m3，夏季为67.0μg／m3，秋季为49.5μg／m3，冬季为31.5μg／m3；区政府站春季平均质量浓度为86.0μg／m3，夏季为80.2μg／m3，秋季为91.1μg／m3，冬季为55.1μg／m3。下坝和区政府观测站点年均O3质量浓度分别为52.5μg／m3和78.1μg／m3。

图1 O3日最大值质量浓度的时间序列

图2 O3日均质量浓度的时间序列

2.2 同季节O3质量浓度变化

图3绘出了不同季节下的臭氧浓度日变化曲线。由图3可以看出，下坝和区政府臭氧小时浓度在四季均呈明显的单峰分布，且臭氧浓度一般在凌晨07∶00左右达到最低值，之后浓度迅速上升，15∶00左右出现最大值。这与目前城市地区典型臭氧质量浓度日变化规律相符合［6-8］。黔江地区臭氧浓度季节变化趋势比较明显，冬季臭氧浓度明显小于春季、夏季、秋季。变化趋势与其他地区有所不同，和成都地区臭氧浓度变化类似［9-10］，这可能是黔江地区位于四川盆地盆周山地区域，属中亚热带湿润性季风气候所致。但下坝和区政府在春季、夏季、冬季三个季节臭氧浓度日变化秩序有所不同。由图3可知，下坝地区臭氧浓度日变化依次为夏季、春季、秋季、冬季；区政府地区臭氧浓度日变化依次为秋季、夏季、春季、冬季。

图3 O3日质量浓度日变化

图4 O3质量浓度和气相要素的月均值

2.3 气象因素对O3质量浓度的影响

气象条件是影响近地面O3浓度的最主要因素之一，是造成O3浓度昼夜变化、日际变化、节际变化、年际变化的根本因素。太阳辐射、气温、风向、风速、相对湿度等是臭氧浓度变化比较重要的影响因素。为了研究黔江地区O3浓度的变化，图4给出了下坝和区政府两个监测点的月均O3质量浓度、相对湿度、风速和气温的变化曲线。

由图4可以发现下坝O3浓度均值呈现出显著的季节差异，一年中6月O3质量浓度最高（均值为68.8μg／m3），11月O3质量浓度最低（均值为30.4μg／m3）。夏季的高温有利于O3的形成，但下坝地区O3质量浓度比5月低25％。风速增大，有利于该地区O3的扩散，而湿度对其影响比较小。9月月均温度达到全年最高（31.3℃），由于风速和相对湿度达到全年最大，使得9月的O3质量浓度略低于8月。这除了风速大，有利于O3的扩散外，相对湿度大也起到了一定的作用。这是因为相对湿度大时空气中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太阳辐射，同时也吸收一部分游离态臭氧，因此不利于臭氧的生成［11］。

由图4还可以发现区政府O3浓度均值也呈现出显著的季节差异，但与下坝地区有所不同。区政府一年中9月O3质量浓度最高（均值为91.0μg／m3），12月O3质量浓度最低（均值为36.5μg／m3），分别比下坝高32.3％、20.1％。查气象资料可知，9月月均气温为20.8℃，与8月气温相比，温差达到7℃，O3质量浓度略高于8月，为全年O3质量浓度最高值91.0μg／m3。这是因为9月的风速要低于8月，不利于O3的扩散。此外太阳辐射、气流来源不同、城市热岛效应和逆温现象对O3质量浓度的影响也不可忽略。

从区政府和下坝全年风玫瑰图来看，区政府全年主导风向为西西南方向，下坝为南方向。由图4可知，下坝地区O3质量浓度远低于区政府。这除了两地气相因素有所不同外，最主要的原因是区政府位于黔江城中心，人口密度大，机动车尾气污染是主要污染源。

3 结论

（1）全年观测期间下坝O3小时浓度未出现超标，区政府观测站点共有25d出现O3日最大质量浓度超标情况，最大O3质量浓度达到262.1μg／m3。下坝和区政府观测站点O3质量浓度呈明显季节性变化，下坝观测站点O3日均浓度值在春夏季较高，而区政府观测站点在夏秋季相对较高。下坝和区政府观测站点年均O3质量浓度分别为52.5和78.1μg／m3。

（2）下坝和区政府O3小时浓度在四季均呈明显的单峰分布，这与目前城市地区典型O3质量浓度日变化规律相符合。下坝地区O3浓度日变化由高到低依次为夏季、春季、秋季、冬季；区政府地区O3浓度日变化由高到低依次为秋季、夏季、春季、冬季。

（3）气温和风速是影响黔江区大气O3质量浓度的重要因素。相对湿度大时空气中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太阳辐射，同时也吸收一部分游离态臭氧，因此不利于O3的生成，但对O3的质量浓度影响较小。在西南和东南气流作用下，O3质量浓度偏高，而在西西南气流作用下，O3质量浓度较低。反映出影响该地区O3质量浓度升高的污染源主要来自西南部。

［1］杨雅琴，高会旺.青岛大气臭氧及其前体物时间变化与污染特征［J］.气象与环境学报，2008，24（2）：1-4.

［2］张爱东，王晓燕，修光利.上海市中心城区低空大气臭氧污染特征和变化状况［J］.环境科学与管理，2006，31（6）：21-26.

［3］殷永泉，单文坡，纪霞，等.泰山顶与济南市大气臭氧浓度变化规律研究［J］.环境污染与防治，2005，27（9）：716 -718.

［4］安俊琳，杭一纤，朱彬，等.南京北郊大气臭氧浓度变化特征［J］.生态环境学报，2010，19（6）：1383-1386.

［5］王东东，朱彬，王静.利用差分吸收光谱系统对O3，SO2和NO2的监测分析［J］.环境科学研究，2009，22（6）：650 -655.

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［9］刘明花.上海市地面臭氧浓度分析及多元非线性预报模式研究［D］.上海：华东师范大学，2009：12-13.

［10］闫静.盆地气候条件下成都市城区臭氧污染特性研究［D］.成都：西南交通大学，2013：19-21.

［11］崔继菊.辽中地区臭氧浓度特征及影响因素研究［D］.沈阳：东北大学，2008：33-34.

ChangesofOzoneConcentrationsandtheImpactFactorsinQianjiangDistrict

ZHANGZong-qing，ZHANGYong-jiang，DENGMao，WANGXiang-bing，YAOJing
（EnvironmentalMonitoringCenterStationofQianjiangDistrictinChongqing，Chongqing409000，China）

BasedontheobserveddataofozoneconcentrationandmeteorologicalfactorinQianjiangDistrict，the variationcharacteristicsofozoneconcentrationsandtheeffectsofmeteorologicalfactorswereanalyzed.Theresults showedthatthehourlyconcentrationofozonedidnotexceedthenationalstandardduringalltheyearroundinXia-bamonitoringsite.Thedailymaximumconcentrationsofozoneexceededthestandardtwenty-fivedaysinthewhole yearinQuzhengfumonitoringsite.Theobservedmaximumconcentrationofozonewas262.1μg／m3.Theannual averageconcentrationsofozonewere52.5μg／m3and78.1μg／m3inXiabaandQuzhengfurespectively.Thehourly concentrationsofozoneintwomonitoringsitesshowedobviousunimodaldistributioninfourSeasons.Temperature andwindspeeddemonstratedsignificantimpactsonozone.

Qianjiangdistrict；ozone；variationcharacteristics；meteorologicalfactors；impact

X51

A

1673-9655（2015）03-0041-05

2014-09-30

张宗庆（1968-），男，重庆彭水人，副高级工程师，主要从事环境监测和环境影响评价研究。