福建省臭氧浓度分布特征及驱动因素研究

＊廖考珍

（福建省环境保护设计院有限公司 福建 350000）

臭氧（O3）是一种重要的全球性污染物和温室气体。近年来以臭氧为特征的大气光化学污染已然成为我国城市突出的大气污染环境问题[1]。臭氧具有强氧化性，不仅严重危害人体健康、植物生长，也是形成光化学烟雾的主要因素[2]。目前国内外大量流行病学研究发现，臭氧暴露会导致心血管和呼吸系统疾病发病率、住院率和死亡率的增加[3]。此外，臭氧还会对整个大气化学过程、气候变化和生态环境产生影响[4-5]。

目前我国围绕臭氧污染形成原因、时空分布及影响因素等方面已开展大量的研究，主要集中在京津冀[6]、长三角[7]和珠三角[8]等地区，福建省内的臭氧污染研究也主要集中在福州市及泉州等地市[9-12]，从福建省大区域、长时间尺度上进行臭氧污染的研究仍比较匮乏，赵丽霞[10]通过分析2016年福建省臭氧浓度观测数据，得出臭氧浓度受前体物和风速、气温、相对湿度等气象因素共同影响；王宏等[11]主要利用2009—2010年福州市臭氧观测资料，得出臭氧浓度与平均风速、温度、日照、太阳辐射显著相关，与云量、相对湿度、降水量显著负相关。这些研究主要侧重探讨臭氧浓度变化与气象因素之间的关系，但环境污染问题往往与社会经济发展有着密不可分的联系，目前福建省乃至全国鲜有研究对臭氧污染背后潜在的社会经济因素展开讨论。

鉴于此，本研究从大区域、长时间尺度上分析整个福建省O3浓度分布特征，探索福建省臭氧浓度与驱动因素的关联，识别出关键驱动因素，以期能为福建省臭氧污染管控工作提供借鉴。

1.研究基础与方法

(1)研究路线

本文以福建省9个地市为研究对象，通过对9个地级市2017—2021年O3浓度监测数据进行统计，分析福建省近5年O3浓度分布特征及变化趋势，分析影响O3排放的驱动因素，以期为福建省臭氧污染管控工作提供借鉴。

图1 本文研究路线图

(2)研究区域划分

从空间维度出发，选取福建省9个地市作为本次研究对象，将研究地域划分为沿海地区（莆田、泉州、漳州、福州、厦门、宁德）和内陆地区（包括南平、三明、龙岩）。

(3)数据来源

臭氧浓度数据来源于空气质量指数查询平台发布的福建省2017年1月1日—2021年12月31日O38小时平均浓度。驱动因素选取年末常住人口、国内生产总值、人均国内生产总值、全社会机动车拥有量、能源消费量、单位产值工业废气排放量、人口密度、废气治理设施设备运行费用等8个方面，数据来源于《福建省统计年鉴》。

(4)数据处理方法

从空间、时间两个维度进行数据处理。本研究主要使用Excel、SPSS、Arcgis软件进行数据处理，采用Excel软件对数据进行初步整理运算，绘制近5年O3浓度时空分布图，分析分布特征及变化趋势。同时，利用SPSS计算O3年均浓度与各驱动因素的相关系数，识别出显著相关的驱动因素。

2.福建省O3浓度分布特征

(1)时间分布

由2017—2021年福建省O3年均浓度时间分布图（图2）可知，福建省9个地级市2017—2021年连续5年O3年际变化规律分布总体呈现波动趋势，先平稳再降低而后又趋于平稳的变化特征，但总体浓度变化幅度较小。其中，2017年—2018年福建省O3年均浓度基本趋于平稳，2018年相比2017年变化幅度在-0.8%～9.5%之间，浓度变幅最大为厦门，变幅最小为莆田；2017年—2019年O3年均浓度除厦门、龙岩为上升趋势外，其余地区均呈现出下降趋势，下降变化幅度在-12.50%～-4.40%之间，下降变幅最大为宁德（-12.5%），反之，上升变幅（11.30%）最大为厦门；2019年—2021年福建省9个地级市O3年均浓度除福州（变幅-11.0%）为明显下降趋势外，其他地区均趋于平稳特征，总体浓度变幅不大，变化幅度在-2.3%～7.6%之间。从总体来看，呈现出2017年≈2018年＞2019年≈2020年≈2021年变化趋势。

图2 2017—2021年福建省O3年均浓度时间分布图

从长时间尺度上看，与2018年相比，2019年开始福建省大部分地区O3浓度呈现明显下降趋势，这主要与福建省政府2018年出台的《福建省臭氧污染防控指南（试行）》密切相关，全省各地开展靶向性的臭氧污染应对措施，包括强化源头减排VOCs与NOx前体物、大力推广使用新能源汽车等，表明《福建省臭氧污染防控指南（试行）》具有指导性，各地开展的臭氧污染防控成效显著，同时2019—2021年近3年下降趋势并不明显，表明现阶段亟需新一轮制定全省各地靶向性的臭氧污染应对措施，便于各地精准地、持续地开展臭氧污染防控工作，进一步降低全省O3浓度。

(2)空间分布

由福建省2017—2021年O3年均空间分布（图3）可知，2017—2021年福建省9个地级市O3年均浓度在空间分布上具有明显区域性，总体表现为沿海地区污染较重，内陆地区污染较轻，其中沿海地区与内陆地区又各有差异，沿海地区呈现出莆田＞泉州≈漳州＞福州＞宁德≈厦门的趋势，而内陆地区呈现出南平＞龙岩＞三明的趋势，整体表现为莆田＞泉州≈漳州＞福州＞宁德≈厦门＞南平＞龙岩＞三明分布特征。

图3 2017—2021年福建省O3年均浓度空间分布图

从福建省大区域空间尺度上看，全省O3浓度分布出现明显区域聚集性且呈现连片化特征，主要原因在于沿海城市的不断扩张导致城乡隔离带已基本消失，城区连绵成片，城市集群效应也就越发明显；O3浓度高值主要聚集在由北至南分布的6座沿海城市，其中莆田、漳州、泉州O3浓度相对较高，主要原因在于全省约75%的人口（4187万人，2021年底）和经济（GDP为4.88万亿元，2021年底）均聚集在沿海岸线这块狭窄的面积上，沿海地区单位面积的大气污染物排放强度大，可见莆田、泉州、漳州、福州、厦门、宁德等6座沿海城市的臭氧污染联防联控工作是整个福建省臭氧污染防控工作的重中之重。

3.福建省O3驱动因素分析

根据国内学者研究成果，影响O3排放的驱动因素包括经济增长、经济结构、人口规模、汽车保有量、能源消费结构、能源消费强度、废气治理水平等。本文选取年末常住人口x1（万）、国内生产总值x2（亿元）、人均国内生产总值（元）x3、全社会机动车拥有量x4（辆）、能源消费量x5（万t标准煤）、单位产值工业废气排放量x6（亿m3）、人口密度x7（人/km2）、废气治理设施设备运行费用x8（亿元）等8种驱动因素，利用SPSS软件计算O3浓度全年与x1～x8的相关系数，其分析结果见表1、图4。

图4 福建省O3年均浓度与驱动因素相关性

表1 O3浓度与驱动因素相关性分析

从驱动因素相关性分析上看，年末常住人口、国内生产总值、人均国内生产总值、全社会机动车拥有量与O3年均值相关系数基本在0.7以上，呈现显著正相关性，表明O3浓度随着人口、国内生产总值、机动车拥有量增加而增大。由于城市人口的增长，会间接促使全社会汽车拥有量增加，从而使汽车尾气和工业排放量增加，导致O3浓度升高。福建省各地中厦门的O3浓度年均值与年末常住人口、国内生产总值、全社会机动车拥有量及人口密度相关性最为显著，由于厦门主要以第二、三产业为主，通过发展旅游服务业推动城市经济发展带动地区生产总值，年末常住人口及人口密度大将会导致社会机动车拥有量的增加导致汽车尾气排放量大，从而使大气中O3浓度较高。

综上所述，人口、国内生产总值、机动车拥有量是影响福建省O3浓度分布的主要因素，全省各地市可根据自身产业发展，精准施测，调整能源结构，鼓励技术创新，确保区域O3浓度稳定达标。

4.治理政策建议

基于上述研究结论，针对我省臭氧分布特征及社会发展特点，提出以下臭氧污染治理政策的建议：

(1)制定新一轮靶向性臭氧污染应对措施

减排仍是硬道理，必须常抓不懈。现阶段亟须制定新一轮全省各地靶向性的臭氧污染应对措施，包括强化源头减排VOCs与NOx前体物、大力推广新能源汽车等，便于全省各地精准地开展臭氧污染防控工作，促使区域O3浓度持续降低。

(2)建立臭氧联防联控治理体系

福建省O3污染防控工作重点聚集沿海6座城市。结合福建沿海气象条件，若仅从单个城市去治理，很难从根本上解决问题，须运用大气污染“联防联控”的治理理念，促进形成区域臭氧联防联控治理体系，实现治理信息的共享机制、联合督查、联合管理才可保障福建省臭氧治理工作成效。

(3)坚定不移走绿色低碳高质量发展之路

在全省层面上，应合理调整能源结构，鼓励技术创新，加快发展方式绿色转型；在企业层面上，可通过新能源补贴、征收环保税等方式促进重污染企业向清洁生产方向转型，推动绿色发展。

5.结论

（1）时间分布上，2017—2021年福建省O3年均值先平稳再降低而后又趋于平稳的变化特征，其中2019年下降幅度最大。

（2）空间上具有明显区域性、聚集性的分布特征，沿海地区O3浓度高于内陆地区，其中莆田、泉州、漳州的O3浓度相对较高。

（3）相关性分析表明人口、国内生产总值、机动车拥有量是影响福建省O3浓度值的主要因素。

（4）对福建省臭氧治理政策提出建议：①制定新一轮靶向性制定臭氧污染应对措施；②建立臭氧联防联控治理体系；③持续走绿色低碳高质量发展之路。