“十三五”期间抚顺市臭氧污染特征及成因研究

闫家鹏

（辽宁省抚顺生态环境监测中心，辽宁抚顺 113006）

随着城市产业结构变化及能源结构的调整，使得全国许多城市大气污染类型逐渐由煤烟型污染向复合型污染转变。由于近地面臭氧浓度不降反升，臭氧已成为影响空气质量重要的污染指标。城市大气环境中的NOX，CO、VOCs等污染物大量排放，发生一系列光化学反应，形成城市光化学烟雾污染，这些物质是臭氧生成的重要前体污染物。臭氧是光化学烟雾的特征污染物质之一，研究城市近地面大气环境中臭氧的特征变化成因，已成为全球范围内关注的环境科学领域重要前沿课题。

“十三五”期间，臭氧作为抚顺市首要污染物的比例，已经与PM2.5和PM10相当，应对抚顺市近六年的臭氧污染变化特征及成因进行研究。

1 研究方法

1.1 监测点位分布

抚顺城区坐落于抚顺西部浑河河谷冲积平原，呈东西走向，南北为山地，南北宽约6～8 km，东西长约30 km，南北扩散条件差。

抚顺建有国控城市站6个，从西到东分布，分别是新抚区、望花区、东洲区、顺城区、沈抚新城、大伙房水库。监测项目为《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中要求的包括臭氧在内的6项基本污染物。

1.2 监测方法和仪器

抚顺市6个国控大气自动监测点位臭氧，监测使用仪器为美国热电49i，校准仪器为美国热电49IPS的臭氧分析仪，采样方法均为紫外光度法，采样频率为24 h连续自动监测，周期为2015～2020年全年。

2 监测结果分析

2.1 臭氧为首要污染物的天数分析

2015～2020年，抚顺市以臭氧为首要污染物天数分别为111、131、93、90、114、100 d。2016～2020年，抚顺市以臭氧为首要污染物天数呈现U形逐步增加的趋势。

2015～2020年，抚顺市臭氧为首要污染物的占比分别为34.5%、40.6%、30.2%、31.8%、37.0%、34.4%。在6项污染物中，臭氧占比位居第二位，仅次于细颗粒物。

2015～2020年，抚顺市臭氧污染天数变化情况：2016年为38 d，占比46.3%为近五年中最高值；2017年为22 d，占比24.4%为近五年中最低值。2017～2020年，抚顺市臭氧污染物天数呈现逐步增加的走势。

2015～2020年首要污染天数如图1所示，臭氧污染天数即如图2所示。

图1 2015～2020年首要污染天数

图2 臭氧污染天数及占超标天比例

臭氧作为首要污染物的天数及占比，已仅次于细颗粒物，位居第二位。臭氧作为首要污染物主要集中在6～8月，臭氧已成为抚顺市夏季大气污染的首要污染物，夏季臭氧污染问题突出。

臭氧为首要污染物天数统计如表1所示。

表1 臭氧为首要污染物天数统计表

2.2 臭氧浓度变化特征分析

（1）年变化分析。

2015～2020年，抚顺市臭氧浓度第90百分位数呈波动状态，2016年最高，超国家二级标准0.02倍，2017年最低。

2015～2020年抚顺市臭氧浓度第90百分位数如图3所示。

图3 2015～2020年抚顺市臭氧浓度第90百分位数

2015～2020年，抚顺市臭氧浓度第95和99百分位数逐年增加，其他百分位数浓度值基本上没有变化，R值较小则表示为下降趋势。臭氧浓度第99百分位数增速为4.61，第95百分位数增速为3.73，第90百分位数增速为-0.10，第75百分位数增速为-0.17，第50百分位数增速为0.17，第25百分位数增速为0.33，第5百分位数增速为0.18。

2015～2020年，抚顺市臭氧浓度小于130 μg/m3的中、低浓度出现频次逐年减少，130～290 μg/m3之间高浓度出现频次逐年增加。

2015～2020年，抚顺市臭氧浓度第95和第99百分位数逐年增加，第99百分位数增速最大，臭氧低浓度出现频次减少，高浓度出现频次增多。抚顺市臭氧污染状况呈现逐渐恶化趋势，第5百分位数增速大于第50百分位数增速，抚顺市背景浓度在逐年升高。

（2）月变化分析。

分析2015～2020年O3-1 h和O3-8 h浓度，抚顺市臭氧月度变化呈现拱形，6月和7月有一个明显峰值，11月～次年2月处于较低水平。

抚顺市臭氧污染主要集中在5、6、7月，这是由于夏季温度较高，光照及太阳辐射均为全年最强，光化学反应在夏季最强烈。

（3）日变化分析。

分析2015～2020年O3-1 h各个时刻的算数平均值变化曲线可知，2015～2020年，抚顺市O3-1 h各个时刻变化趋势一致度较高，呈现明显的单峰型，白天的浓度值从7：00开始上升，全日最高值出现在15：00，随后开始下降，22：00～次日7：00维持在较低浓度。

2015～2020年O3-1 h各个时刻的算数平均值变化曲线如图4所示。

图4 2015～2020年O3-1h各个时刻平均值变化曲线图

（4）空间变化分析。

2016～2020年抚顺市臭氧（O3-8 h）年均值如表1所示。

表2 2016～2020年抚顺市臭氧（O3-8h）年均值汇总

2016年，顺城区、东洲区、望花区、沈抚新城臭氧（O3-8 h）年均值均超过空气质量二级标准。

2016、2018年最高值出现在望花区，分别为171 μg/m3和156 μg/m3；

2017年、2020年，最高值出现在大伙房水库，分别为153 μg/m3和15 μg/m3；

2019年，最高值出现在沈抚新城为169 μg/m3，超过空气质量二级标准。

2016～2020年，臭氧（O3-8 h）年平均值从高向低排列分别为沈抚新城、望花区、大伙房水库、东洲区、顺城区、新抚区。

臭氧（O3-8 h）为首要污染物天数占全年监测有效天数比例（%）从高向低排列分别为大伙房水库、东洲区、沈抚新城、顺城区、望花区、新抚区。

分析2016～2020年抚顺城区臭氧（O3-8 h）浓度插值可知，抚顺市臭氧浓度呈现城区东部和西部明显高于城区中心的特点。

3 污染特征成因分析

3.1 与区域污染物排放总量有直接关系

分析2016～2020年各点位臭氧监测结果，位于市区西部的沈抚新城、望花区臭氧浓度总体相对最高，其原因主要是望花区工业污染物排放总量较大。

由重点污染源在线监控数据统计可知，望花区涉气重点污染排污单位、污染物排放总量，在抚顺市6个区域中位列第一，污染物排放量占全市污染物排放总量50%以上。除此之外，沈抚新城点位监测值高也可能受到沈阳市污染物传输的影响。

3.2 与地貌特征和气象条件有关

抚顺城区呈东西走向，南北为山地，南北宽约6～8 km，东西长约30 km，南北扩散条件差。抚顺城区夏季主导风向为西南风，城区南北地势较高，污染物随西南风向东北方向扩散，可能是形成东部臭氧较高的原因。

3.3 与臭氧形成机理有关

臭氧污染属于二次污染，VOCS和氮氧化物等前提污染物在生成臭氧过程中，有明显的传输性和滞后性。从城市中心扩散到郊区的过程中，臭氧浓度逐渐升高，在空中滞留时间较长，其原因可能是大伙房水库（清洁地区）本身没有明显大气污染排放，但上风向大气前体物和反应中间体的输送，导致较高的臭氧浓度的原因。

4 结语

（1）2015～2020年，抚顺市臭氧为首要污染物占比及污染天数，仅次于细颗粒物，位居第二位。臭氧作为首要污染物主要集中在6～8月，臭氧已成为抚顺市夏季大气污染的首要污染物，夏季臭氧污染问题突出。

（2）2015～2020年，抚顺市臭氧浓度第95和99百分位数逐年增加，其他百分位数浓度值基本没有变化，说明污染有加重的趋势。

（3）2015～2020年，抚顺市臭氧日、月变化，呈现明显的单峰和拱形，趋势一致性加强。

（4）分析2016～2020年抚顺城区臭氧（O3-8 h）空间变化可知，抚顺市臭氧浓度呈现城区东部和西部浓度偏高、城区中心浓度低的特点。

（5）臭氧的形成与工业企业及机动车尾气排放的NOX、CO、VOCs等污染物具有密切联系，有效控制降低污染物的排放量是治理臭氧污染的关键。