西南地区中小城镇臭氧污染特征与前体物及气象因子关系的研究——以昌宁县为例

杨 惟

（保山市生态环境局昌宁分局生态环境监测站，云南 保山 678100）

“十三五”期间污染防治攻坚战如期完成任务，“十四五”将继续加强污染防治和生态建设，O3成为“十四五”时期大气污染治理重点，并提出细颗粒物和臭氧的协同控制[1]。近年来，O3污染在全国不断加剧，成为仅次于PM2.5影响优良天数的重要因素，由其是京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原、苏皖鲁豫交界地区等区域是我国O3较重的地区，分析O3污染形成机制、污染特征和来源、影响因素及监测预报等，成为各大城市研究的重点。国内外相关专家学者对人口密集，空气污染较为严重的典型城市研究较多，对中小城市O3污染的研究少，然而我国城市O3的形成机理及污染影响因素由于气候、地表植被类型、城市发展规模及南北地域差异不尽相同[2]。

昌宁县是云贵高原西南边陲的中小城市，地处北回归线以北，澜沧江上游，滇西横断山系南延，气候类型属亚热带季风高原山气候，因海拔高差较大，立体气候明显，干湿季节分明，昌宁县城位于田园镇，处于县域中部的一个坝区，坝区海拔1 650 mm，澜沧江流域支流右甸河在坝区中央由北向南流过，县城城区位于右甸河两侧的平坝和坡地上。昌宁城市景观风貌以山水田城相互呼应、城镇村落自然融合、文化自然和谐共生、田园与城市相互交融的特点。建成区面积9.3 km2，田园镇人口61 474人。相较于大城市而言，昌宁县拥有独特山地地形和典型中低纬度高原盆地城市分布特征，且大气环境较为清洁，为保护这一良好的生态环境背景。本文通过分析昌宁县O3浓度与前体物及常规气象因子（气温、相对湿度、风速）的相关性，为生态环境管理部门提供开展环境空气质量治理工作提供一定的借鉴和参考。

1 数据来源

本研究污染数据及同期的气象数据使用县城内省控点空气自动站2018—2020年监测数据，对O3的日评价以O3小时浓度为评价指标，月评价则以日最大8 h滑动平均值为评价指标。

依据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）和《环境 空气质量（AQI）技术规定》（试行）（HJ 633-2012），O3最大8 h滑动平均值是指连续8 hO3平均浓度的算术平均值，也称8 h滑动平均[3-5]。

2 O3污染特征分析

2.1 昌宁县空气质量O3污染概况

昌宁县总体空气质量良好，在2018—2020年O3为首要污染物有226 d，O3和PM10为首要污染物1 d，首要污染物为PM10有18 d，首要污染物为PM2.5有16 d。由此可以看出O3污染与颗粒物污染相比较，O3污染比较突出。

2.2 O3浓度日变化特征

根据2018—2020年不同时刻的O3小时数据平均浓度值变化分析（图1），O3呈明显单峰型分布，O3最高值出现在15:00—17:00，最低值则出现在每天8:00左右，与宋雪燕等[4]分析云南省臭氧污染特征相似。

图1 O3浓度日变化特征

2.3 O3浓度月变化特征

根据图2各月O3日平均浓度值数据变化分析。近3年，昌宁县O3浓度分布曲线呈单峰型，3—4月最大，7月最小。若以春季为 3—5月，夏季为6—8月，秋季为 9—11月，冬季为12月至—次年2月为季节划分，昌宁县O3浓度在春季最高，冬季有升高趋势，与我国大部分地区夏秋季O3浓度高不同[5]。因昌宁县降雨一般集中在5—10月[6]，且雨量充沛，夏季光辐射强度虽然较强，但由于降雨的湿清除作用，有利于污染物清除，故O3浓度较低。

图2 O3浓度月变化特征

2.4 O3与前体物CO、NO2关系分析

城市中大部分O3来源于NOx、CO和VOCs等前体物在合适的气象条件下反应生成[7]。HO2-和RO2-氧化NO产生NO2，NO2通过光化学反应生成O3，NO2作为O3的前体物，其浓度大小与O3浓度关系密切[8]。根据图3表现出前体物（NO2、CO）与O3出现相反的变化规律，及在前体物（NO2、CO）峰值出现后约5 h出现O3浓度峰值，可以说明前体物光化学反生成O3。图4可以看出，冬季由于太阳直射南回归线，光辐射强度较弱，O3前体物以积累作用为主，进入春季太阳直射点北移，光辐射强度增大，加之前体物充足，因此，3～4月易出现O3浓度峰值[9]；雨季前体物浓度较低，7月出现低俗。

图3 O3浓度与前体物日变化特征

图4 O3浓度与前体物月变化特征

3 O3浓度变化与气象因子关系分析

3.1 O3浓度与气温的关系

由图5可见，两者变化的相呈正关性，日变化曲线中O3浓度与气温呈正相关性。

图5 O3浓度与气温日变化特征

3.2 O3浓度与风速的关系

由图6可见，日变化曲线中O3浓度与风速大致呈正相关。昌宁县年平均风速约为2 m/s，微风有利于污染物的输送，前体物累积效应会造成O3浓度的增大。

图6 O3浓度与风速日变化特征

3.3 O3浓度与相对湿度的关系

由图7、图8可见，O3浓度与相对湿度大致呈负相关，当相对湿度>80%时，光化学反应随相对湿度增大而减小，相对湿度在55%～72%之间时，有利于O3生成。相对湿度对O3的作用主要分两种，一种是通过湿沉降作用直接引起污染物减少、浓度降低，另一种是通过影响近地面太阳辐射从而间接抑制O3生成[7]。

图7 O3浓度与湿度日变化特征

图8 O3浓度与湿度月变化特征

相对湿度偏大与降雨量有一定的相关性外，昌宁县冬季在降雨量较小的情况下湿度仍然较高，这于昌宁县冬季大雾的典型的气候有关。

4 结论

①O3浓度日变化呈单峰形，日最大浓度集中出现在15:00— 17:00；月峰值出现在3～4月（春季）[10]。

②前体物CO和NO2对O3生成具有重要贡献，在日变化规律中呈反相关关系，不同季节O3浓度与前体物CO和NO2浓度光化学反应、干湿沉降等条件有关。

③昌宁县O3浓度与气温、风速呈显著正相关性；与相对湿度呈现显著负相关。

④区域的大气环境质量主要受污染物排放量和大气环境容量的影响，在排放量变化不大的情况下，气象条件对空气质量起主导作用。