沈阳市臭氧污染特征及影响因素研究

陈 震，刘 畅

（1.北京中科三清环境技术有限公司，北京 100029；2.辽宁省生态环境事务服务中心，辽宁 沈阳 110000）

臭氧是地球大气中的一种微量气体，目前，90%以上的臭氧分布在大气层的上部或者平流层，是地球生物系统的保护伞，而剩余不到10%的臭氧存在于近地面，是地球上典型的二次污染物[1]。相关研究表明，近地面臭氧污染物的产生主要是由于VOCs、NOx等物质在紫外线照射条件下发生的光化学反应所生成，而这一化学反应的过程容易受温度、湿度、风力等气象因素的影响[2]。就人类的生产生活而言，高浓度臭氧引起的臭氧污染不仅会影响土壤的属性和农作物的生长，同时还会直接影响人类的身体健康[3]。2020年中国生态环境质量公报披露，臭氧是仅次于PM2.5的影响空气质量优良天数的重要因素[4]。2021年11月国务院发布的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》[5]中明确提出了“着力打好臭氧污染防治攻坚战”的任务，并明确“到2025年，臭氧浓度增长趋势得到有效遏制，实现细颗粒物和臭氧协同控制”。

相关的环境监测数据表明，臭氧污染是沈阳市面临的重要环境污染问题之一，也是需要重点监测、防控、干预的污染问题。并且，与其他类型的环境污染相比，臭氧污染具有明显的周期性，相关部门可以通过相应的监控和跟踪措施掌握本市臭氧污染的发生周期、规律，以提高臭氧污染防范的精准性，确保本地区经济社会发展的安全性和稳定性。基于此，本文尝试通过对沈阳市2021年臭氧污染发生特征和影响因素的分析来掌握臭氧污染的发生、发展状况，为科学干预臭氧污染提供支持。

1 资料与方法

1.1 资料

研究时段为2021年4～11月。研究数据来自沈阳市国控站点城市臭氧监测系统中的臭氧浓度数据（日均臭氧8 h浓度）以及同期的包括温度、湿度、风向、风力、降水在内的相关气象数据。

1.2 数据处理方法

依据《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）[6]和《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 663-2013）[7]中明确的标准，按照表1所示进行臭氧污染程度划分。

表1 臭氧污染程度划分 单位：μg/m3

2 臭氧污染的特征

对沈阳市臭氧污染特征的分析可以从污染程度、污染发生的季节性周期两方面入手。

2.1 臭氧污染程度

参照表1所示标准，本文对2021年4～11月的监测数据进行分析，最终计算出2021年沈阳市共有12天出现臭氧污染，占全年天数的3.29%，具体情况见表2。在臭氧污染程度方面，全部为轻度污染。

表2 沈阳市2021年4～11月臭氧污染情况

2.2 臭氧污染发生的季节

通过表2数据可以看出，2021年4～11月，沈阳市发生臭氧污染的季节主要在春季（4～5月）和夏季（6～8月）。

3 臭氧污染的影响因素分析

表3是2021年出现臭氧污染时的温度、湿度、风向、风力、降雨量等气象条件状况。以下结合该表对臭氧污染的发生与气象条件的关系进行分析。

3.1 臭氧污染发生时的气温条件分析

通过表3的温度条件数值可以看出，在全年发生的12天臭氧污染日中，温度范围为18.3～29.4 ℃。其中，只有1天的温度在20 ℃以下，这说明温度在20 ℃以上时，臭氧污染发生的可能性比较大。

3.2 臭氧污染发生时的湿度条件分析

通过表3的湿度条件数值可以看出，在全年发生的12天臭氧污染日中，湿度范围为38.3%～80.8%。其中湿度在30%（含）～40%（不含）的有1天，占污染天数的8.33%；湿度在40%（含）～50%（不含）的有2天，占污染天数的16.67%；湿度在50%（含）～60%（不含）的有3天，占污染天数的25.00%；湿度在60%（含）～70%（不含）的有4天，占污染天数的33.33%；湿度在70%（含）～80%（不含）的有2天，占污染天数的16.67%。

3.3 臭氧污染发生时的风力条件分析

通过表3的风力数值可以看出，在全年发生的12天臭氧污染日中，风力范围为1.2～4.1 m/s，其中风力在1.2～3.0 m/s（不含3.0 m/s）的有7天；风力在3.0～4.1 m/s（含3.0 m/s）的有5天，这说明发生臭氧污染日的风力整体偏小。

3.4 臭氧污染发生时的降雨量条件分析

通过表3的降雨量数值可以看出，在全年发生的12天臭氧污染日中，仅有8月7日出现了0.1 mm/h的降水，其他日期均无降水，这组数据说明在2021年中，降雨量与臭氧污染之间并没有明显的关系。

表3 沈阳市2021年出现臭氧污染日的气象条件状况

4 讨论

臭氧污染是近年来沈阳市除PM2.5污染外，面临的另外一个重要的污染治理挑战。与PM2.5污染相比，臭氧污染更具有隐蔽性[8]。相关研究表明，短暂暴露在高浓度臭氧中，会引起咳嗽、喉部干燥、胸痛、粘膜分泌增加、疲乏、恶心等症状，长时间接触则会明显损伤肺功能，影响呼吸道结构，引起炎症，改变透气率，甚至导致死亡[9-10]。因此，治理臭氧污染是沈阳市改善环境状况的重要目标。

对沈阳市臭氧污染情况的分析更多地要立足于本市的自然地理状况和经济发展状况。一方面，沈阳市地处东北地区，属于暖温带半湿润季风气候，在气候方面表现出春季日照足、风力强盛、相对湿度低，降水少且蒸发量大；夏季炎热且多阴雨，空气湿润；秋季短暂且降温快；冬季寒冷且长的特点。这种气候特点使得春末、夏季和秋初普遍会出现高温、风力小的情况，造成臭氧浓度难以有效降低。另一方面，沈阳市近年来的汽车保有量不断增加，以及涉挥发性有机物的企业和餐饮油烟排放量的增多，使得部分地区成为臭氧污染的重点地区。例如，经开区、于洪区、沈北新区、新民市等几个地区是沈阳市挥发性有机物排放企业较为集中的地区，其臭氧污染程度也较高。

本文通过对2021年4～11月沈阳市国控站点城市臭氧监测数据的分析发现，春季和夏季是本地区臭氧污染发生较多的季节，并且2021年的臭氧污染均为轻度污染，日最大8 h平均值在161～215 μg/m3。进一步对发生臭氧污染日期内的气象条件数据进行分析发现，温度在20 ℃以上，湿度在50%以上，风力在4.1 m/s以下是本年度臭氧污染发生的相似气象条件，这也提示要注意高温、低风速是沈阳市臭氧污染的重要气象条件特征。

结合上述对沈阳市臭氧污染特征及影响因素的研究，可以明确沈阳市臭氧污染防治的重点时段是春末、夏季和秋初。在防治措施方面，考虑到臭氧污染属于“二次污染”，是在高温等条件下，氮氧化物和挥发性有机物累加到高浓度时，经过足够的光照和温度作用产生的污染，所以要将防治氮氧化物和挥发性有机物作为重点，通过在市域内重点区域建立挥发性有机物网格化预警管理平台，为污染溯源和精准治理提供技术支持[11-12]。例如，可以在各区现有空气监测站点的基础上，加强对重点区域挥发性有机物监测点位的布局，在经济开发区的化工园区、工业园区等安装挥发性有机物在线监测仪，对经开区、于洪区、沈北新区、新民市等重点地区涉及挥发性有机物排放的企业，以及全市范围内面积在5 000 m2以上的餐饮油烟排放点位进行重点监测管控，确保臭氧污染监测的精准化，及臭氧污染数据信息的精准性和可靠性[13]。

同时，以本文研究得出的高温、低风速是沈阳市臭氧污染现象发生的共同气象条件特征为依据，相关部门和人员要在春末、夏季和秋初的时间段内，重点监测温度、湿度、风速等气象状况和趋势，明确区域内整体污染特征，提前预测臭氧生成状况，并结合网格化的预警平台监测数据，实施调度臭氧污染防治重点任务，确保臭氧污染治理的时间精准、区域精准和措施精准[14]。再者，要结合历年臭氧污染发生的区域和点位，运用走航车、红外热成像仪、便携式检测仪等技术方法，快速精准地锁定臭氧污染源，对一些违法现象及时进行动态取证，确保臭氧污染源头治理的精准性[15]。

综上，结合对2021年沈阳市臭氧污染的特征及影响因素的分析，相关部门和人员可以通过相应的监测和精准防控措施来防范、控制沈阳市的臭氧污染状况，促进臭氧污染问题得到有效缓解甚至消除，保证地区环境状况的持续改善。