西安市区夏季的臭氧污染浓度变化特征

王慧(长安大学, 西安 710000)

西安市区夏季的臭氧污染浓度变化特征

王慧(长安大学, 西安 710000)

根据环境空气质量监测数据和气象观测数据，对西安市城区内的小寨站点2016年夏季7月29日至8月4日为期一周的臭氧(O3)及其他大气污染物浓度变化特征进行分析，并对主要气象影响因素进行了初步分析。结果表明：O3与NO2的浓度呈现明显的反相关相关性(r=-0.67)，且O3与温度呈正相关(r=0.80)，与相对湿度呈负相关。在夏季一天之中O3小时浓度呈明显的单峰分布，其峰值出现在12:00-18:00，主要是由于昼间机动车尾排产生的NO2在光照增加时使得O3生成增加，因此NO2作为O3生成的重要前提物之一，其污染应该受到重视。

O3；NO2；日变化；西安

近年来，夏季臭氧(O3) 的污染问题日益受到了人们的广泛关注，并成为研究的热点[1-4]。臭氧为光化学烟雾的主要污染物之一，具有较高的化学活性，近地面的O3会对人们的健康及植物的生长产生有害影响[5]，臭氧污染及控制途径探究已成为环境空气污染主要问题之一。

崔蕾等人对成都市O3浓度的研究表明成都市O3浓度季节变化呈现冬低夏高的特征,其浓度最大值出现在8月[6]；黄伟的研究表明强日照产生高UV辐射值是O3生成的基础条件，但UV强度在O3超标/未超标日差别不大[7]。

西安市历史文化悠久，是西北地区的政治和文化中心，2015年西安市机动车保有量达到215万辆，90%集中在主城区；且西安夏季光照增加，易形成臭氧。因此本文选取2016年7月29日至8月4日的西安市区内的小寨站点，对为期一周的空气质量数据及气象条件进行分析，旨在研究夏季O3与其他污染物的浓度变化特征及关系，为西安市的O3的治理提供依据。

1 材料与方法

选取西安市国控环境空气质量评价的“小寨”点位作为观测点位，对2016年7月29日至8月3日(为期一周)O3及其他污染物的浓度水平，以及气象条件进行观测得到气象数据，并以污染物的小时浓度均值为基准进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 各污染物及气象因素的日变化

如图1所示，在观测期间，温度平均值为29.49±3.02℃，O3的平均浓度70.85±60.57μg/m3，主要是由于臭氧的日浓度变化较大，因此臭氧浓度的方差值越大，O3的小时浓度的最大值和最小值分别为3和238μg/m3。在测试期间温度与相对湿度的日变化呈明显的反相关；O3浓度与温度呈正相关，而与NO2呈反相关，但O3与SO2、CO、PM2.5和PM10的相关性不明显；SO2和CO浓度的昼夜变化不显著。

图1 测试期间各污染物及气象条件的日变化序列

2.2 各污染物的相关性分析

本文进一步对测试期间各污染物及气象条件进行了皮尔逊(Pearson)相关分析得到表1。 结果表明，O3与NO2的浓度呈现明显的反相关相关性(r=-0.67)，说明西安城区内NO2为O3产生主要前体物之一。O3与温度呈正相关(r=0.80)，表明O3的产生与温度的增加，即太阳辐射的增加有关。CO与NO2呈较好的正相关(r=0.68)，表明在西安城区夏季CO和NO2可能来自同一污染源，即机动车尾气排放。与其他污染物相比，PM10与AQI的相关性最好(r=0.78)，表明在夏季PM10的污染虽然不如冬季高，但仍然不容忽视。

表1 测试期间各种污染物及气象的Pearson相关性

2.3 O3及NO2的浓度日变化

进一步选取七天中的O3及与其相关性较好的NO2分析，如图2所示。O3主要是由于存在前体物时，夏季高温太阳辐射发生光化学反应。监测点小寨位于市区的核心商业圈，日均车流量约10万辆。一天之中的早高峰时，车流量增加，机动车尾排产生的NO2、CO等臭氧前体物随之增加，其浓度在早高峰时达到第一个峰值；10:00以后随着光照的增强，NO2不断被消耗并产生O3，并在12:00-18:00达到峰值； 而NO2的浓度由于光化学反应在12:00 -18:00达到谷值。虽然18：00晚高峰的到来使得NO2的浓度增加，但由于光照减弱，因此O3浓度扩散减少。因此NO2浓度在21:00-23:00达到第二个峰值，主要由于机动车对NO2源的贡献并未减少，但NO2的汇(形成O3)减少而导致；而23:00后由于车流量的减少，NO2的污染源排放强度减小，环境中的NO2浓度降低。

图2 测试期间NO2与O3的浓度及时间变化序列

3 结语

对西安市区内的臭氧(O3)及其他大气污染物浓度变化特征及气象因素进行分析，得到的结果表明：①O3与NO2的浓度呈现明显的反相关相关性(r=-0.67)，且O3与温度呈正相关(r=0.80)，与相对湿度呈负相关。②在夏季一天之中O3小时浓度呈明显的单峰分布，其峰值出现在12:00-18:00，主要是由于昼间机动车尾排产生的NO2在光照增加时发生光化学反应生成O3，因此NO2作为O3生成的重要前提物之一，其污染应受到重视。③NO2的浓度峰值21:00-23:00，主要由于机动车对NO2源的贡献并未减少，但NO2的汇(形成O3)减少而导致。说明机动车是导致西安市区夏季臭氧产生的主要原因之一。

[1]强琳，董卫民，徐衡，等.宝鸡市夏季臭氧及其前体物污染特征研究[J].环境工程,2016,34(6):101-105.

[2]王涛，陈梦平，周梦翩，等.无锡市区大气污染物污染特征及影响因素研究[J].环境污染与防治,2015,37(12):74-78.

[3]徐敬，马建中，张小玲，等.北京城区夏季O3化学生成过程[J].环境科学学报，2012,32(1)：93-100.

[4]王占山，李云婷，陈添，等.北京城区臭氧日变化特征及与前体物的相关性分析[J].中国环境科学，2014，34(12)：3001-3008.

[5]万五星，夏亚军，张红星，等.北京远郊区臭氧污染及其对敏感植物叶片的伤害[J].生态学报，2013，33(4)：1098-1105.

[6]崔蕾，倪长健，王超，等.成都市O3浓度的时间变化特征及相关因子分析[J]、中国环境监测,2015,(6):41-46.

[7]黄伟，余家燕，唐晓，等.重庆夏季区域臭氧污染状况与成因分析[J].四川环境,2015,34(4):91-96.

王慧(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：大气污染控制。