張宗慶，張永江，鄧 茂，王祥炳，姚 靖（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409000）

黔江區(qū)大氣臭氧濃度變化特征及相關影響因素研究

張宗慶，張永江，鄧 茂，王祥炳，姚 靖
（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409000）

以黔江區(qū)城區(qū)大氣中O3質量濃度觀測資料為基礎，研究其濃度變化特征及相關氣象因子的影響。結果表明：全年觀測期間下壩O3小時濃度未出現(xiàn)超標，區(qū)政府觀測站點共有25d出現(xiàn)O3日最大質量濃度超標情況，最大O3質量濃度達到262.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測站點年均O3質量濃度分別為52.5μg／m3和78.1μg／m3。兩個觀測站點O3小時濃度在四季均呈明顯的單峰分布。氣溫和風速是影響黔江區(qū)大氣O3質量濃度的重要因素。

臭氧；變化特征；研究；氣象因子；影響；黔江區(qū)

0 引言

受人類活動影響，城市大氣污染成為當前關注焦點。臭氧是影響城市大氣環(huán)境的重要污染氣體之一。由于近年來近地面臭氧（O3）濃度不斷增加，研究城市大氣環(huán)境中O3濃度的形成和變化已成為國際國內關注的環(huán)境科學領域重要前沿課題。伴隨著城市規(guī)?？焖贁U增和機動車尾氣排放的增加，城市大氣環(huán)境中的NOx、CHx、CO、NMHC和醛類等污染物經(jīng)過一系列光化學反應形成城市光化學煙霧污染，這些物質是O3生成重要前體污染物［1-2］。O3也成為光化學煙霧的特征污染物質之一，占光化學反應產(chǎn)物的85％以上［3］。

城市大氣中近地面O3污染已引起高度關注，主要集中于研究O3的污染特征、變化規(guī)律和相關影響因素。在日本、歐洲和中國等地進行了許多觀測分析與研究。近地面O3濃度變化受氣象條件（如：氣溫、風速、風向等）影響很大，不同季節(jié)O3日變化特征呈明顯變化趨勢［4］。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，黔江區(qū)機動車保有量逐漸增長。機動車快速增長給黔江區(qū)大氣環(huán)境質量造成了顯著的負面影響。

黔江區(qū)地處武陵山腹地，位于渝東南邊緣，是重慶市委、市政府確定的渝東南地區(qū)中心城市，被命名為“全國低碳國土實驗區(qū)”，“2012年11月28日，黔江區(qū)被聯(lián)合國環(huán)境基金會評為“綠色中國·杰出綠色生態(tài)城市”。因此，對黔江區(qū)大氣環(huán)境質量和特征污染物的研究非常重要。本文以黔江區(qū)城區(qū)大氣中O3質量濃度觀測資料為基礎，研究其時間變化特征及相關氣象因子的影響，為黔江區(qū)中心城市O3污染防治和深入研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

觀測站位于黔江區(qū)區(qū)政府會議樓和下壩民族中學，為國控監(jiān)測點位，空氣質量自動監(jiān)測實施24h連續(xù)采樣。自動監(jiān)測項目為二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物（PM10）、風向、風速、氣溫、氣壓、濕度等相關參數(shù)，監(jiān)測頻率為24h連續(xù)自動監(jiān)測，執(zhí)行 《HJ／T193-2005環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測技術規(guī)范》。兩個觀測站點的資料可以代表黔江區(qū)城區(qū)大氣污染特點。

O3觀測儀器采用瑞典OPSIS公司的長光程DOAS分析系統(tǒng)（AR500），通過OPSIS的控制軟件，實現(xiàn)分析儀的所有功能，包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學元件的運作、數(shù)據(jù)的計算和分析處理以及分析儀的輸入和輸出通訊。發(fā)射器光源采用高壓氙燈（B類），氙燈發(fā)射出的平穩(wěn)覆蓋波長包括紫外波段（0.2～0.4μm）和可見光波段（0.4～0.7μm）。DOAS技術的理論基礎是Beer-Bouguer-Lambert定律，通過窄帶分子的特征吸收波段來區(qū)分痕量氣體種類，利用測量的大氣光譜差分吸收光譜密度與標準吸收截面進行最小二乘法擬合，從而確定氣體的質量濃度，儀器詳細技術規(guī)范參見文獻［5］。O3測量范圍：0～1000μg／m3，最低檢測限：2μg／m3，零點漂移：±4μg／m3，年跨度漂移：±4％。

本文選取2013年對大氣O3質量濃度進行連續(xù)觀測。對所取得數(shù)據(jù)按照儀器規(guī)范進行了質量控制，剔出了無效數(shù)據(jù)。

2 結果與討論

2.1O3質量濃度時間變化

2013年1月1日—12月31日黔江區(qū)2個空氣自動觀測站O3日最大質量濃度和日均質量濃度的時間變化曲線見圖1和圖2。《GB3095-2012環(huán)境空氣質量標準》中O3小時濃度二級標準為200μg／m3。全年觀測期間下壩O3小時濃度未出現(xiàn)超標，區(qū)政府觀測站點共有25d出現(xiàn)O3日最大質量濃度超標情況，最大O3質量濃度出現(xiàn)在2013年10月15日14∶00，達到262.1μg／m3，從圖可以看出，超標主要出現(xiàn)在夏季。從圖2可以看出，下壩觀測站點O3日均濃度值在春夏季較高，而區(qū)政府觀測站點在夏秋季相對較高。O3日均質量濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，下壩站春季平均質量濃度為61.8μg／m3，夏季為67.0μg／m3，秋季為49.5μg／m3，冬季為31.5μg／m3；區(qū)政府站春季平均質量濃度為86.0μg／m3，夏季為80.2μg／m3，秋季為91.1μg／m3，冬季為55.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測站點年均O3質量濃度分別為52.5μg／m3和78.1μg／m3。

圖1 O3日最大值質量濃度的時間序列

圖2 O3日均質量濃度的時間序列

2.2 同季節(jié)O3質量濃度變化

圖3繪出了不同季節(jié)下的臭氧濃度日變化曲線。由圖3可以看出，下壩和區(qū)政府臭氧小時濃度在四季均呈明顯的單峰分布，且臭氧濃度一般在凌晨07∶00左右達到最低值，之后濃度迅速上升，15∶00左右出現(xiàn)最大值。這與目前城市地區(qū)典型臭氧質量濃度日變化規(guī)律相符合［6-8］。黔江地區(qū)臭氧濃度季節(jié)變化趨勢比較明顯，冬季臭氧濃度明顯小于春季、夏季、秋季。變化趨勢與其他地區(qū)有所不同，和成都地區(qū)臭氧濃度變化類似［9-10］，這可能是黔江地區(qū)位于四川盆地盆周山地區(qū)域，屬中亞熱帶濕潤性季風氣候所致。但下壩和區(qū)政府在春季、夏季、冬季三個季節(jié)臭氧濃度日變化秩序有所不同。由圖3可知，下壩地區(qū)臭氧濃度日變化依次為夏季、春季、秋季、冬季；區(qū)政府地區(qū)臭氧濃度日變化依次為秋季、夏季、春季、冬季。

圖3 O3日質量濃度日變化

圖4 O3質量濃度和氣相要素的月均值

2.3 氣象因素對O3質量濃度的影響

氣象條件是影響近地面O3濃度的最主要因素之一，是造成O3濃度晝夜變化、日際變化、節(jié)際變化、年際變化的根本因素。太陽輻射、氣溫、風向、風速、相對濕度等是臭氧濃度變化比較重要的影響因素。為了研究黔江地區(qū)O3濃度的變化，圖4給出了下壩和區(qū)政府兩個監(jiān)測點的月均O3質量濃度、相對濕度、風速和氣溫的變化曲線。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)下壩O3濃度均值呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異，一年中6月O3質量濃度最高（均值為68.8μg／m3），11月O3質量濃度最低（均值為30.4μg／m3）。夏季的高溫有利于O3的形成，但下壩地區(qū)O3質量濃度比5月低25％。風速增大，有利于該地區(qū)O3的擴散，而濕度對其影響比較小。9月月均溫度達到全年最高（31.3℃），由于風速和相對濕度達到全年最大，使得9月的O3質量濃度略低于8月。這除了風速大，有利于O3的擴散外，相對濕度大也起到了一定的作用。這是因為相對濕度大時空氣中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太陽輻射，同時也吸收一部分游離態(tài)臭氧，因此不利于臭氧的生成［11］。

由圖4還可以發(fā)現(xiàn)區(qū)政府O3濃度均值也呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異，但與下壩地區(qū)有所不同。區(qū)政府一年中9月O3質量濃度最高（均值為91.0μg／m3），12月O3質量濃度最低（均值為36.5μg／m3），分別比下壩高32.3％、20.1％。查氣象資料可知，9月月均氣溫為20.8℃，與8月氣溫相比，溫差達到7℃，O3質量濃度略高于8月，為全年O3質量濃度最高值91.0μg／m3。這是因為9月的風速要低于8月，不利于O3的擴散。此外太陽輻射、氣流來源不同、城市熱島效應和逆溫現(xiàn)象對O3質量濃度的影響也不可忽略。

從區(qū)政府和下壩全年風玫瑰圖來看，區(qū)政府全年主導風向為西西南方向，下壩為南方向。由圖4可知，下壩地區(qū)O3質量濃度遠低于區(qū)政府。這除了兩地氣相因素有所不同外，最主要的原因是區(qū)政府位于黔江城中心，人口密度大，機動車尾氣污染是主要污染源。

3 結論

（1）全年觀測期間下壩O3小時濃度未出現(xiàn)超標，區(qū)政府觀測站點共有25d出現(xiàn)O3日最大質量濃度超標情況，最大O3質量濃度達到262.1μg／m3。下壩和區(qū)政府觀測站點O3質量濃度呈明顯季節(jié)性變化，下壩觀測站點O3日均濃度值在春夏季較高，而區(qū)政府觀測站點在夏秋季相對較高。下壩和區(qū)政府觀測站點年均O3質量濃度分別為52.5和78.1μg／m3。

（2）下壩和區(qū)政府O3小時濃度在四季均呈明顯的單峰分布，這與目前城市地區(qū)典型O3質量濃度日變化規(guī)律相符合。下壩地區(qū)O3濃度日變化由高到低依次為夏季、春季、秋季、冬季；區(qū)政府地區(qū)O3濃度日變化由高到低依次為秋季、夏季、春季、冬季。

（3）氣溫和風速是影響黔江區(qū)大氣O3質量濃度的重要因素。相對濕度大時空氣中水蒸汽含量也大，大量的水分子吸收太陽輻射，同時也吸收一部分游離態(tài)臭氧，因此不利于O3的生成，但對O3的質量濃度影響較小。在西南和東南氣流作用下，O3質量濃度偏高，而在西西南氣流作用下，O3質量濃度較低。反映出影響該地區(qū)O3質量濃度升高的污染源主要來自西南部。

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ChangesofOzoneConcentrationsandtheImpactFactorsinQianjiangDistrict

ZHANGZong-qing，ZHANGYong-jiang，DENGMao，WANGXiang-bing，YAOJing
（EnvironmentalMonitoringCenterStationofQianjiangDistrictinChongqing，Chongqing409000，China）

BasedontheobserveddataofozoneconcentrationandmeteorologicalfactorinQianjiangDistrict，the variationcharacteristicsofozoneconcentrationsandtheeffectsofmeteorologicalfactorswereanalyzed.Theresults showedthatthehourlyconcentrationofozonedidnotexceedthenationalstandardduringalltheyearroundinXia-bamonitoringsite.Thedailymaximumconcentrationsofozoneexceededthestandardtwenty-fivedaysinthewhole yearinQuzhengfumonitoringsite.Theobservedmaximumconcentrationofozonewas262.1μg／m3.Theannual averageconcentrationsofozonewere52.5μg／m3and78.1μg／m3inXiabaandQuzhengfurespectively.Thehourly concentrationsofozoneintwomonitoringsitesshowedobviousunimodaldistributioninfourSeasons.Temperature andwindspeeddemonstratedsignificantimpactsonozone.

Qianjiangdistrict；ozone；variationcharacteristics；meteorologicalfactors；impact

X51

A

1673-9655（2015）03-0041-05

2014-09-30

張宗慶（1968-），男，重慶彭水人，副高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境影響評價研究。