全国及重点区域臭氧污染现状

孟晓艳，宫正宇，张 霞，王 帅，孙 浩

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012 2.廊坊市环境监测站，河北 廊坊 065000

全国及重点区域臭氧污染现状

孟晓艳1，宫正宇1，张 霞1，王 帅1，孙 浩2

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012 2.廊坊市环境监测站，河北 廊坊 065000

分析2013—2016年中国开展臭氧(O3)监测的338个城市(港、澳、台不在统计范围)O3污染现状和时空变化特征，结果表明：中国城市O3污染日益突出，2015年54个城市O3超标，75.9%的O3超标城市位于京津冀及周边、长三角、珠三角区域，O3区域污染特征显著。74个城市O3浓度整体呈上升趋势并向高值区集中，京津冀区域O3污染最为严重。O3污染季节变化特征明显，O3污染主要集中于5—10月，京津冀、长三角和珠三角区域O3最高超标天数分别出现在6、5、10月。建议加强O3成因分析，建立O3污染控制策略，有效应对O3污染，实现科学减排。

臭氧；重点区域；浓度特征；控制途径

近地面臭氧(O3)是影响城市环境空气质量的重要污染物，人类活动所产生的氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs)等在大气中经光化学反应生成O3等二次污染物[1-2]。O3浓度的升高不但对生态环境及人体健康带来直接破坏性影响，还会加速PM2.5等污染物的转化形成，进一步影响环境空气质量[3-5]。2012年我国颁布了《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[6]，全国338个地级及以上城市(以下简称338个城市)相继开展了O3监测。监测结果[7]表明，以O3为首要污染物的超标天数比例已超过PM10而仅次于PM2.5，成为继PM2.5后困扰城市环境空气质量改善和达标管理的另一种重要二次污染物，给环境保护部门和各级人民政府带来巨大的压力。

本文利用2013—2016年国家环境空气质量监测网中实施环境空气质量新标准监测的338个城市O3监测数据(港、澳、台不在统计范围，下同)，重点分析我国城市O3污染现状和时空变化特征，提出需关注的O3污染重点区域。

1 数据来源及评价方法

我国实施环境空气质量新标准监测分三步走，京津冀、长三角、珠三角区域及直辖市、省会城市和计划单列市共计74个地级及以上城市(以下简称74个城市)率先于2013年1月1日起开展了O3监测，2014年O3监测城市数量为161个，自2015年起增至338个，城市分布见图1。本文在阐述我国O3污染现状和空间分布特征时采用2015年338个城市O3监测数据，分析O3浓度变化特征时采用2013、2014、2015年和2016年1—11月74个城市O3监测数据。

注：地图源自国家测绘地理信息局网址(http://219.238.166.215/mcp/Default.html)1∶400万基本要素版《中华人民共和国地图》(2008年6月国家测绘局制)，审图号GS(2008)1400号。下同。图1 338个城市O3监测分布图Fig.1 Distributions of 338 cities monitoring O3

城市环境空气中O3浓度统计按照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)[8]有关要求进行。其中，O3日评价采用O3日最大8 h平均质量浓度(以下以“O3-8 h”表示)；O3年评价采用全年第90百分位O3-8 h。O3-8 h二级标准限值为160 μg/m3。

2 O3污染现状

2.1全国城市O3污染特征

从图2可以看出，2015年全国338个城市第90百分位O3-8 h为62～203 μg/m3，平均值为134 μg/m3。达到一级标准的城市29个(占8.6%)，达到二级标准的城市255个(占75.4%)，劣于二级标准的城市54个(占16.0%)。劣于二级标准的54个城市中，包含京津冀及周边区域内的城市(共计62个)24个、长三角区域内的城市(共计25个)16个、珠三角区域内的城市(共计9个)1个,占超标城市的75.9%。其中，北京市第90百分位O3-8 h最高，为203 μg/m3。

从空间尺度看，我国O3区域污染特征显著，京津冀及周边、长三角、珠三角区域O3污染突出，成渝地区不可忽视。

按省(自治区、直辖市)统计，第90百分位O3-8 h超过二级标准的有北京、山东、江苏和上海，河北、浙江、河南等省O3浓度也较高(图3)。同样可以看出，京津冀及周边、长三角区域O3污染较为严重。

2.274个城市O3污染特征

2.2.1 74个城市O3浓度

从图4可见，2013—2016年74个城市空气质量整体呈逐年好转趋势，SO2、NO2、PM10、PM2.5年均值和第95百分位CO日均值呈逐年下降趋势，但第90百分位O3-8 h呈逐年上升趋势。

图2 2015年338个城市第90百分位O3-8 h分布Fig.2 Distributions of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 338 cities in 2015

图3 2015年各省(自治区、直辖市)第90百分位O3-8 h统计Fig.3 Statistics of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 31 provinces in 2015

图4 2013—2016年74个城市6项基本污染物浓度统计Fig.4 Statistics of 6 critical pollutants concentrations in 74 cities from 2013 to 2016

2013—2016年，74个城市及京津冀、长三角、珠三角三大重点区域O3浓度的最小值、最大值、平均值和第20百分位、第90百分位浓度(基于O3-8 h统计)如图5所示。74个城市及京津冀、长三角区域O3浓度平均值和第20百分位、第90百分位浓度均呈上升趋势，O3浓度最小值基本平稳，最大值出现在2014年；珠三角区域O3浓度最小值、第20百分位浓度和平均值有所降低，但O3浓度最大值有所上升。对比三大重点区域O3浓度统计结果发现，三大重点区域O3浓度变化特征不尽相同，京津冀区域O3污染最为严重。

图5 2013—2016年74个城市及三大重点区域O3浓度变化Fig.5 Variations of O3 concentrations in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

2.2.2 74个城市O3超标天数

74个城市和京津冀、长三角、珠三角三大重点区域的SO2、NO2、PM2.5和PM10历年超标总天数逐年下降。从图6可见，74个城市和京津冀、长三角区域O3历年超标总天数逐年上升，珠三角不太明显。2013—2016年，74个城市O3超标天数分别为1 585、1 955、2 197、2 313 d。2016年，京津冀区域13个城市O3超标天数为645 d，占74个城市O3超标天数的27.9%；长三角区域25个城市O3超标天数为890 d，占38.5%；珠三角区域9个城市O3超标天数为249 d，占10.8%，长三角和珠三角区域O3超标天数已超过PM10。

2013—2016年，74个城市第90百分位O3-8 h分别为139、145、150、156 μg/m3。从图7可以看出，2013—2016年74个城市中第90百分位O3-8 h为105～190 μg/m3的城市个数最多，谱宽逐年变窄，低值减少，O3浓度分布逐渐向高值区集中。

这群军中白衣天使，医治的不仅是战士们的伤口，更有战士们的心灵。因有了她们的存在，在炮火飞溅的战场，每个硬汉心中也赫然绽放着一朵朵红玫瑰。

2.2.3 74个城市O3污染季节变化特征

O3的生成受光照、温度、湿度等气象因素影响很大[9-13]，我国O3污染具有明显的日、季节变化特征，其中O3日浓度高值主要出现在13：00—18：00。从图8可以看出，我国74个城市O3污染主要集中于5—10月，5—10月的O3污染超标天数可以占全年O3总超标天数的90%以上。从近4年的统计结果看，京津冀区域O3超标天数6月最高，6月O3超标天数占总超标天数的25.5%；长三角区域出现在5月，5月O3超标天数占总超标天数的20.0%；珠三角区域则在10月，10月O3超标天数占总超标天数的23.1%。

图6 2013—2016年74个城市及三大重点区域O3超标天数Fig.6 Statistics of O3 nonattainment days in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

图7 2013—2016年74个城市第90百分位O3-8 h区间城市分布Fig.7 Distributions of city quantities of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 74 cities from 2013 to 2016

图8 2013—2016年74个城市及三大重点区域O3月超标天数Fig.8 Variations of O3 monthly nonattainment days in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

2.2.4 区域内城市间O3污染特征

从区域内部看，城市间O3污染既表现出相似性，也存在差异。以2016年5月14—23日京津冀区域O3污染过程为例(图9)，在该O3污染时段，京津冀区域13个城市O3浓度普遍均高，且变化趋势一致，5月17—22日连续6 d 大部分城市O3浓度均超过O3-8 h二级标准限值，最大O3-8 h发生在唐山，为281 μg/m3。

图9 2016年5月14—23日京津冀区域O3浓度变化Fig.9 Variations of O3 concentrations in Beijing-Tianjin-Hebei area during May 14 to 23 in 2016

2013—2016年京津冀区域13个城市的O3浓度统计结果见图10。从图10可见，2015年京津冀区域13个城市O3浓度存在不同程度的超标，第90百分位O3-8 h为107～203 μg/m3，北京等7个城市第90百分位O3-8 h超标。O3-8 h最大值为175～283 μg/m3。从近4年O3统计结果看，京津冀区域O3浓度高值主要集中在北京、唐山、衡水等城市，天津、秦皇岛等城市O3浓度相对较低。

图10 2013—2016年京津冀区域13个城市的O3浓度统计结果Fig.10 Statistics of O3 concentrations in Beijing-Tianjin-Hebei area from 2013 to 2016

2.3O3控制途径

1)建立O3污染控制策略，科学减排。O3作为光化学反应的产物，形成机理复杂，与其前体物NOx和VOCs存在非线性关系。城市环境中O3的产生很大程度上取决于VOCs/NOx的值[14-16]：当VOCs/NOx较小时，O3生成对VOCs比较敏感；VOCs/NOx较大时，O3生成对NOx比较敏感。很多研究都采用VOCs/NOx的值是否大于或小于8来判断O3生成主要受VOCs还是NOx控制[17-18]。获取O3污染重点区域的O3生成敏感性测试结果至关重要，但O3生成敏感性测试问题仍是目前备受关注的科学和工程问题，难以从短期的监测结果得到科学的结论。而且不同区域甚至同一城市不同点位间O3生成敏感性测试结果都不尽相同。为此，应重点针对NOx和VOCs排放的各类主要污染源，建立时空多尺度的O3前体物排放清单，有针对性地确立O3污染控制策略和减排方法，实现NOx和VOCs科学减排。

2)加强O3成因分析。目前，我国已有338个城市、1 436个国控监测点位开展O3监测，另外还有16个背景站、96个区域站相继开展O3监测。环境保护部已初步建立了O3量值溯源质控体系，为获得可靠的O3监测数据提供了有效保障。O3生成是很复杂的科学问题，基于现有大量监测数据，可研究获得O3污染现状，与气象因素、外来输送及前体物浓度之间的关系，揭示我国O3和大气氧化性的时空分布特征，诊断影响我国O3浓度的关键因素。

3)加强国家O3污染预报预警和重污染应急响应体系。我国已建立“全国或地区空气质量预报信息发布系统”，已在颗粒物污染预报预警和重污染应急中发挥重要作用。近地面O3浓度在特定时间段已呈现出增高趋势，应加强国家O3污染预报预警和重污染应急响应体系建设，及时指导并实施科学的NOx和VOCs减排工作，提示公众减少在O3重污染空气中的暴露时间，缓解O3污染所造成的危害。

3 结论

1)我国O3污染日益突出，338个城市中O3超标城市数量为54个，其中75.9%的O3超标城市位于京津冀及周边、长三角、珠三角区域，O3区域污染特征显著。

2)74个城市O3浓度整体呈上升趋势，京津冀区域O3污染最为严重。近4年74个城市第90百分位O3-8 h分别为139、145、150、156 μg/m3，O3浓度向高值区集中。

3)O3污染的日、季节变化特征突出，13：00—18：00是O3浓度高值时段，O3污染主要集中于5—10月。其中，京津冀区域O3超标天数最高出现在6月，长三角区域出现在5月，珠三角区域为10月。

4)随着我国加大力度控制和降低颗粒物(PM10、PM2.5)浓度，未来相当长的时期内，O3会成为继PM10和PM2.5后影响环境空气质量的突出问题。建议加强O3成因分析，建立O3污染控制策略，有效应对O3污染，实现科学减排。

致谢：感谢空气自动站运维人员及数据审核复核人员的辛勤工作！感谢“我国臭氧污染态势及控制途径研究”课题组的指导！

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PollutionCharacteristicsofOzoneinChinaandKeyRegions

MENG Xiaoyan1, GONG Zhengyu1, ZHANG Xia1, WANG Shuai1, SUN Hao2

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China 2.Langfang Environmental Monitoring Centre, Langfang 065000, China

Through the analysis of O3concentration temporal and spatial variation characteristics over 338 cities(Hongkong, Macao and Taiwan are not included in the statistics) during 2013 to 2016, it showed that O3pollution was increasingly prominent in China.O3concentrations in 54 cities exceeded the Class Ⅱ Ambient Air Quality, and of which 75.9% cities located in Beijing-Tianjin-Hebei and the surrounding area, Yangtze River Delta and the Pearl River delta, indicated a significant regional pollution characteristics. O3concentrations of 74 cities were mainly on the rise and the proportion of the cities which had high values was becoming lager. Beijing-Tianjin-Hebei area had got the most severe O3pollution. O3pollution showed outstanding seasonal characteristics, since the pollution was mainly concentrated from May to October. Beijing-Tianjin-Hebei area had the most polluted days in June, Yangtze River Delta in May, the Pearl River Delta in October. Suggestions were proposed that we should strengthen the O3formation analysis, establish the O3pollution control strategies to effectively cope with O3pollution and to realize scientific reduction.

ozone; key regions; concentration variation characteristics; control approach

X823

：A

：1002-6002(2017)04- 0017- 09

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.04.02

2017-01-06;

：2017-03-16

国家环境保护公益性行业科研专项“我国臭氧污染态势及控制途径研究(201509002)”

孟晓艳(1982-)，女，山东莱州人，硕士，高级工程师。

宫正宇