2012～2016年烟台市二氧化氮污染特征及影响因素分析

陈倩 王晓军

摘要：为研究烟台市NOz的污染特征及影响因素，对2012～2016年烟台市12个环境空气监测点位的监测数据进行了统计分析。结果表明：2 012～2016年烟台市NOz浓度呈现先上升后下降的趋势，2014年浓度最高。城区点和郊区点N02各百分位数5年来均成整体下降趋势，城区点NO2均值以-1.1 μg/（m³·a）速率下降，郊区点NO2均值呈现先上升后下降的变化趋势。烟台市N02有显著的季节变化特征，冬春季浓度较高，夏季浓度最低。轴承厂、西郊化工站和开发区B区這3个点位的氮氧化物浓度远高于其余站点，开发区B区受机动车尾气影响较大，轴承厂和西郊化工站则主要受工业源的影响。第二产业增加值、发电量、机动车保有量、温度和相对湿度均与NOz浓度呈负相关关系，大气压与NO2成显著正相关。

关键词：烟台市;二氧化氮;污染特征;影响因素

中图分类号：X511

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）2-0055-04

1 引言

在实际大气中，通常将NO和N02合称为NOx，各种燃烧过程最初产生的NOx中NO占的比例很大，但NO极易发生光化学反应而被氧化成NO2，因此，城市环境空气中NO2的浓度以及其在大气中参与的光化学反应受到广泛重视。

二氧化氮（NO2）作为环境空气中的一项重要污染物，不仅是生成对流层臭氧及其他光化学污染物的主要前体物，另外，N02经过一系列的光化学反应生成硝酸盐气溶胶，引起城市能见度下降，加重城市污染危害，是形成灰霾的主要元凶之一[1-4]。环境监测数据和相关研究都表明，重污染期间大气PM2.5的爆发式增长往往与硫酸盐、硝酸盐等二次成分快速增长有关。根据最近研究表明，除了S02、N02等气体前体物分别转化为硫酸盐、硝酸盐等二次成分的机制外，还存在这些成分之间的相互影响，如N02促进S02加快转化为硫酸盐，产生“1+1>2”的大气污染生成效果。

本文基于2012～2016年烟台市12个空气监测点的在线数据，分析了烟台市近地面NO2浓度变化特征，特别就N02在不同季节不同区域的变化情况进行了对比，得出了一些基本规律，为了解该市NO2污染特征及深入研究提供资料和依据。

2 数据及方法

2.1 数据来源

本文所使用的各项污染物（NO、NO2、03）的浓度数据均来源于烟台市12个空气自动监测点位（6个国控点和6个省控点）监测设备的在线数据。设备在运行期间严格按照《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193 - 2005）[5]定期进行校准和质控操作，数据统计有效性严格按照《环境空气质量标准》（ GB3095 - 2012）[6]和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663 -2013）[7]执行。

2.2 统计分析方法

按照《环境空气质量指数（ AQI）技术规定（试行）》[8]将NO2日均值划分5个级别：优（0～40 μg/m³）、良（41～80 μg/m³）、轻度污染（81～180μg/m³）、中度污染（181～280 μg/m³）和重度及以上污染（281μg/m³以上），并按照该规定对NO2进行逐日等级划分。

3 结果与讨论

3.1 N02浓度的年际变化分析

3.1.1 市区浓度年际变化

从图1所示2012～2016年烟台市NO2年均值及第98百分位数变化情况来看，2012～2014年NO2浓度呈现缓慢上升的趋势，2015年浓度下降明显，且2016年浓度与2015年基本持平。说明自2013年国务院发布“大气十条”以来，烟台市紧紧围绕环境空气质量改善目标，大力推进大气污染防治的各项工作，投入很大的力度实施污染减排工作，取得了积极的成效。根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012），烟台市连续5年年均值均达到一级浓度限值（40 μg/m³）。

从图2所示2012～2016年烟台市逐日NO2等级来看，5年来，N02日均值为优良等级的天数占绝大部分，达到污染等级的天数较少（5年达到污染等级的天数共16天）。同时可以看出，2012～2014年NO2达到优等级的天数在逐渐减少，2015年出现一个较大幅度的上升;而达到污染等级的天数从2013年后出现逐年递减的趋势，这与5年来NO2浓度整体的变化趋势较为一致。另外根据相关统计，2012～2013年NO2超标时间均集中在冬季（1月和12月），但2014～2016年出现超标的时间较为分散，说明烟台市针对冬季采暖期燃煤锅炉的脱硫脱硝管控取得了一定的成效。

3.1.2 城区与郊区浓度年际变化

为具体考察烟台市不同区域NO2的变化情况，分别对城区点和郊区点第5、25、50、75、98百分位NO2的变化情况进行了分析。图3显示，烟台市城区点和郊区点NO2各百分位数5年来均成整体下降趋势，尤其是城区点的高值区下降趋势特别明显，郊区点高值区呈现先上升后下降的变化趋势，最高值出现在2013年，相比之下，城区点和郊区点低值区变化幅度相对较小。

具体来看，2013年郊区点N02有整体抬升的现象，而城区点浓度与去年相比基本持平;2014年郊区点高值区下降幅度较大，城区点高值区下降幅度较小且低值区有所上升;2015年城区点跟郊区点同时出现浓度整体下降的趋势，城区点下降幅度更大;2016年城区点和郊区点在高值区变化趋势表现不一致，城区点有小幅回升而郊区点继续下降。因此，郊区点NO2高值区在2014年下降幅度最大，而城区点在2015年下降幅度最大，可见，城区点NO2高值区对烟台市整体浓度影响较大。

3.2

NO2浓度的季节变化分析

按照中国气候特征，将季节划分为春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月至次年2月）[9]。由图4可以看出，2012～2016年烟台市NO。季节变化基本呈现冬季和春季浓度高而夏季和秋季浓度偏低的现象，这与高晋徽，朱彬等《2005～2013年中国地区对流层二氧化氮分布及变化趋势》中研究得出的中国地区NO2对流层柱浓度的季节变化特征在中东部地区以及大型城市中表现为冬季>秋季>春季>夏季[10]的结论并不一致。从各季节不同年份的变化情况来看，冬季、秋季和夏季N02浓度变化趨势较为一致，均在2013年出现最高值，从2014年开始缓慢下降;但春季NO2浓度则在2013年出现一个极低值，这与其他季节的变化趋势存在一定的差异。根据烟台市相关气象资料统计，2013年春季烟台市平均气温为10.8℃，比之后三年春季的平均气温低2.6℃，加之大风天气多（共出现11次内陆大风和16次海上大风），低温雨雪、大风等天气可能是2013年春季NO2浓度偏低的气象原因。由此可见，人为源是NO2季节变化特征形成的一个重要原因，同时不可以忽视气象条件及光化学反应在其中所起到的作用。

3.3 NO2与03污染水平间的关系

受大气环境中03和活性有机物以及光照强度、温度、风度等因子的影响，NO_x的化学寿命在夏季仅为4h，在冬季约为20 h，由此导致高浓度的NO_x主要分布在排放源区附近，使NO_x表现为具有局地污染的特性，如图5日变化趋势图可以看出，烟台市氮氧化物有较为明显的点位差异，这种点位差异即与局地污染物排放有关。

其中，轴承厂、西郊化工站、开发区B区这3个点位的氮氧化物浓度远高于其余站点。开发区B区的NO、NO2和NO_x浓度主要在早高峰和晚高峰时段浓度远高于其余站点，可以推断开发区B区站点的氮氧化物主要受机动车尾气排放的影响较为明显;而西郊化工站的NO浓度、轴承厂的N02浓度以及西郊化工站和轴承厂的NO_x浓度全天时段都远高于其他站点，基本可以推断这两个站点主要受工业源排放的影响，另外轴承厂点位早晚高峰时段浓度远高于其他点位，因此该点位N02浓度受机动车尾气的影响也较大。

大量研究已表明，N02浓度受多种因素的共同影响，其中人类活动排放是主要影响因子，同时大气环流、降水、风速以及光化学反应等对NO2浓度产生的影响也不可忽视。由NOx的日变化趋势可以看出，NO的峰值出现在上午8：00左右，而N02早高峰的峰值出现在9：00～10：00时，与NO相比，峰值推迟了1～2 h，这是由于在光辐射的作用下，NO2光解产生的O将NO氧化成NOz导致;对比NOx与03的变化趋势可知，03与NO_x呈现显著的负相关性关系，13：00～18：00时，NO2出现一个低值波段，03在该时段则出现明显的波峰，可见，NOx与03之间的光化学反应对白天N02浓度的影响较大。另外，岳捷，林云萍等《利用卫星数据和全球大气化学传输模式研究中国东部大城市对流层NO2季节变化原因》[11]的研究表明，OH对NO2的化学清除作用是春夏季NO2浓度低的一个重要原因。

4 影响因素分析

由表l可知，N02浓度与第二产业增加值、发电量及机动车保有量之间均成负相关关系，说明烟台市单位煤炭消费量所排放的氮氧化物显著减少，同时，在淘汰黄标车及老旧车、提升油品质量、加强环保检验机构管理等措施上也取得了新的进展和成效。3个气象因子中，大气压与N02浓度呈显著正相关，温度和相对湿度与NO2浓度呈负相关关系;3个气象因子影响作用的大小表现为：大气压>相对湿度>温度。

5 结论

（1） 2012～2016年烟台市NO2浓度呈现先上升后下降的趋势;2012～2014年缓慢上升，2015年浓度开始下降，2016年浓度与2015年基本持平。

（2）5年来，NO2为优良等级的天数占绝大部分，达到污染等级的天数较少;其中优等级天数先下降后上升，2014年为最低值，污染天数先上升后下降，2013年为最高值。

（3）从不同区域点看，城区点和郊区点NO2各百分位数5年来均成整体下降趋势，城区点高值区下降趋势特别明显，郊区点高值区呈现先上升后下降的变化趋势，而低值区则变化幅度相对较小;从行政区域划分看，芝罘区浓度为6区最高，高新区浓度最低。

（4）烟台市N02有显著的季节变化特征，冬春季浓度较高，夏季浓度最低，且夏秋季节的变化趋势相对一致。

（5）从日变化趋势看，轴承厂、西郊化工站、开发区B区这3个点位的氮氧化物浓度远高于其他站点;其中，开发区B区受机动车尾气影响较大，轴承厂和西郊化工站则主要受工业源的影响。

（6）第二产业增加值、发电量、机动车保有量、温度和相对湿度均与NO2浓度呈负相关关系，大气压与NO2成显著正相关。

参考文献：

[1]素保平，陈魁，董海燕，天津市环境空气中氮氧化物污染及防治策略[J].城市环境与城市生态，2010，3（1）：36—38.

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[4]吴晓青.我国大气氮氧化物污染控制现状存在的问题与对策建议[J].中国科技产业，2009，（8）：13～16.

[5]环境保护部科技标准司，环境空气质量自动监测技术规范：HJ/T193-2005[S].北京：中国环境科学出版社，2005.

[6]环境保护部科技标准司.环境空气质量标准：GB 3095-2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[7]环境保护部科技标准司.环境空气质量评价技术规范（试行）：HJ663-2013[S].北京：中国环境科学出版社，2013.

[8]环境保护部科技标准司，环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）：HJ 663-2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[9]李龙，施润和，陈圆圆，等.基于OMI数据的中国NOz时空分布与人类影响分析[J].地球信息科学学报，2013，15（5）：688～694.

[10]高晋徽，朱彬，王言哲，等.2005- 2013年中国地区对流层NOz分布及变化趋势[J].中国环境科学，2015.35（8）：2307～2318.

[11]岳捷，林云萍，邓兆泽，等.利用卫星数据和全球大气化学传输模式研究中国东部大城市对流层NO2季节变化原因[J].北京大学学报（自然科学版），2009，45（3）：431～438.