华北县级城市臭氧污染特征及影响因素研究

关键词：O₃；污染特征；气象因素；潜在源区；滑县

中图分类号：X51 文献标志码：B

前言

随着中国颗粒物的治理改善，臭氧污染逐渐凸显，成为中国现阶段面临的主要大气污染问题之一。对流层中的臭氧（O₃）主要是由挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NO_x）、一氧化碳（CO）等前体物发生光化学反应生成。现有研究表明O₃浓度与气象因素、区域输送等密切相关，高温度、低湿度、高能见度是南阳市O₃污染日的典型特征；偏东风大于3 m/s、气温高于30.2℃、相对湿度在50%上下浮动时，合肥市易出现O₃超标现象。严茹莎等人研究发现上海夏季O₃主要由较高浓度的前体物排放和高温、低湿、小风等不利气象条件共同影响。郑州市夏季高O₃浓度除受本地生成和气象条件影响外，还存在周边区域的近距离传输现象。以上研究表明O₃污染并非由单一因子决定，对某一地区综合分析更有利于了解该地区的污染成因。

因地形、气候、工业结构等条件的不同，O₃具有明显的时空差异性。现阶段关于豫北地区的县市O₃研究较为匮乏，因此开展相关的O₃研究具有重要的意义。滑县位于京津冀传输通道上，地形以平原为主，工业结构偏重，小型企业数量庞大且布局散乱，污染物排放量较高。文章基于河南省城市环境空气质量自动监控系统发布数据，分析滑县重点月份O₃污染特征，并对NO_x、气象因素及潜在源区进行分析，以期为滑县及周边区县O₃污染防治提供科学依据。

1数据来源与研究方法

1.1数据来源

滑县共有两个省控站点，一处是六中站点（35°32′N，114°32′E），位于锦和街道中心区域的一所学校内，周边主要是居民住宅区，车流量较大；另一处是卫南调蓄管理处站点（35°34N，114°29′E），该站点位于县城西北角，附近多数为村庄、农田。研究污染物数据来源于滑县两个省控站点2019年-2022年逐日监测数据及2022年5月至9月的逐时监测数据，气象数据来自2022年5月至9月的逐时监测数据，以上数据获取网站均为河南省城市环境空气质量自动监控系统。

1.2数据分析

依据文件《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）、《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663-2013），将O₃日最大八小时滑动平均值（O₃-8h）浓度高于环境空气质量标准二级浓度限值（160μg/m³）定义为O₃超标日，不超过二级浓度限值定义为O3非超标日。HYSPLIT模式（Hybrid single-particle lagrangianinte-grated trajectory model）是由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）同澳大利亚气象局共同研发的一种用于计算分析气团运动轨迹的模型，大气研究中经常被用于分析空气中污染物的来源、传输和扩散。运用HYSPLIT模型，在TrajStat基础上采用欧几里得距离方法对2022年6月的气流轨迹作聚类分析，采用潜在源贡献（PSCF）方法分析滑县臭氧可能的来源区域。

2结果与讨论

2.1 O₃浓度变化特征

2.1.1 O₃年际变化特征

2019年-2022年滑县O₃首要污染物天数（简称：O₃首污天数）、O₃超标天数及日最大O₃-8h第90百分位（O₃-8h-90per）浓度变化见图1（a）。如图1（a）所示，2019年-2021年O₃首污天数呈逐年下降趋势，O₃首污天数由138天减少至107天，而2022年O₃首污天数较2021年增加38天，是四年来O₃首污天数最多的年份。O₃超标天数和O₃首污天数存在相似的年变化规律，由2019年58天减少至2021年34天，2022年反弹至47天。O₃-8h-90 per浓度整体呈“倒V”型，2021年O₃-8h-90 per最低，除2021年O₃ -8h-90 per浓度达到年评价二级标准值（160μg/m³）外，2019年、2020年、2022年均超过年评价标准值，超标倍数分别约为0.10、0.02、0.05。

图1（b）为2019年-2022年滑县两个省控站点O₃时间序列图。对图1（b）横向分析，O₃超标日主要集中在5月至9月，主要以轻度污染为主，中度污染天数较少，未出现重度及以上污染天。其中，6月污染天数最多，且污染程度最高，这与前人的研究结果一致。纵向分析，六中站点与卫南调蓄管理处站点O₃污染天数逐年变化趋势相同，2019年～2021年超标天数持续下降，2022年回升，同时O₃超标时间跨度拉长，3月上旬和10月下旬也开始出现超标现象。除2019年外，六中站点的O₃污染天数均高于卫南调蓄管理处站点，中度污染及以上天数也更多。

2.1.2日变化特征

2022年03污染形势较为严峻，以该年为基准年，研究03重点月份（5月至9月）两站点的日变化特征（如图2所示）。由图2可知，六中站点O₃小时平均浓度较卫南调蓄管理处站点浓度偏高，可能与六中站点位于市中心周边人为排放源较多有关。O₃浓度日变化趋势均呈现典型的“单峰”型，超标日O₃自06：00起受光反应生成、湍流混合沉降等因素影响浓度开始迅速升高，于16：00出现峰值，该阶段为03增幅最大时段；非超标日O₃自07：00起逐渐上升，峰值时间出现在16：00左右，峰值浓度较超标日偏低。