安溪縣環(huán)境科學學會 林盤園

根據(jù)山東省生態(tài)環(huán)境部門的相關研究，環(huán)境大氣中臭氧濃度除與前體污染物VOCs、NOx大氣濃度相關之外，與發(fā)生臭氧污染天氣時的氣象條件關系也很大，臭氧的逐日濃度與同期氣溫、日照呈顯著正相關,與同期的總云量、低云量、濕度、風速呈顯著負相關。鑒于大氣臭氧整體反應機制尚不完全明確，影響大氣臭氧濃度的氣象因素較多，受研究時間及條件限制，本研究依托福建省生態(tài)云平臺大氣環(huán)境綜合分析系統(tǒng)，不考慮降雨、風向、風速、日照、云量等因子，也不考慮臭氧前體污染物VOCs、NOx等的環(huán)境大氣濃度水平逐日逐時差異，僅考慮溫度、濕度因素，經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選處理，再進行統(tǒng)計后，利用數(shù)據(jù)擬合軟件Origin 2018進行擬合分析。

一、研究目的

通過數(shù)據(jù)處理、分析，建立安溪縣城臭氧濃度與溫度、濕度關系方程，通過氣象預報數(shù)據(jù)，預警臭氧污染天氣，對行政主管部門采取相應管控措施提供技術支持。

二、分析方法和技術路線

（一）數(shù)據(jù)來源

通過福建省生態(tài)云平臺大氣環(huán)境綜合分析系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)），查詢福建省環(huán)境空氣自動監(jiān)測網(wǎng)安溪縣地面大氣環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站歷史數(shù)據(jù)。目前安溪縣城共有3個大氣環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站，分別是磚文站、上山站、參山站，其中參山站為背景數(shù)據(jù)站點。根據(jù)調(diào)閱氣象數(shù)據(jù)，磚文站、上山站的每日逐時風向較為復雜，參山站每日逐時風向較為單一。

根據(jù)泉州市臭氧成因分析和污染控制對策研究課題組的研究，本地區(qū)大氣臭氧濃度受外來輸入影響較大，為減少風向帶來的外源性臭氧等干擾，本研究直接調(diào)取參山站臭氧小時濃度、逐時氣溫、濕度數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)處理

（1）現(xiàn)有福建省生態(tài)云平臺大氣環(huán)境綜合分析系統(tǒng)從2017年2月10日開始保存每日逐時氣象數(shù)據(jù)，因系統(tǒng)改造等原因，2017年有多個時段存在較長的數(shù)據(jù)缺失，且因本地區(qū)2019年起采取城區(qū)增加霧炮車噴淋、預警天氣當日相關工業(yè)企業(yè)采取限產(chǎn)錯峰管控措施，2019年后數(shù)據(jù)受到管控措施影響較大，本研究用于擬合分析的數(shù)據(jù)采集范圍確定為2018全年。（2）考慮研究目的，調(diào)取2017年至2018年出現(xiàn)臭氧濃度8小時平均值最高超過140μg/m3（臭氧環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準為160μg/m3）的自然日逐時數(shù)據(jù)（前一日17時至當日23時及連續(xù)出現(xiàn)日期的前一日17時至最后一日23時）進行初步模型分析。

（三）數(shù)據(jù)擬合

利用2017年至2018年臭氧濃度8小時平均值超140μg/m3自然日逐時數(shù)據(jù)（前一日17時至當日23時），對比每一個溫度制作濕度-臭氧濃度變化斜率圖，發(fā)現(xiàn)斜率突變的溫度值，并按照該溫度對參山站2018年全年數(shù)據(jù)分段，制作不同溫度區(qū)間的溫度-濕度-臭氧濃度的數(shù)據(jù)圖，再利用數(shù)據(jù)擬合軟件Origin 2018，對不同溫度區(qū)間進行數(shù)據(jù)擬合，得到溫度-濕度-臭氧濃度經(jīng)驗方程。

三、分析結(jié)果

（一）初步模型分析

2017年至2018年，參山站共計得出現(xiàn)臭氧濃度最高超140μg/m3的日期 94日，調(diào)取2662個逐時溫度-濕度-臭氧濃度數(shù)據(jù)，分溫度、濕度繪制臭氧濃度分布圖如圖1、圖2。

圖1 不同溫度下的臭氧濃度分布圖

圖2 不同濕度下的臭氧濃度分布圖

從兩種類型的臭氧濃度分布圖看，分溫度的臭氧濃度圖在30℃附近存在一個較為明顯的界限，進一步按各個溫度制作了（100-濕度）-臭氧濃度分布斜率圖，如圖3。上述斜率說明，在同一個溫度下，臭氧濃度隨著濕度的增加而減少，呈負相關，如圖4。進一步對各個溫度的分布斜率進行制圖，發(fā)現(xiàn)在氣溫8℃、30℃附近發(fā)生了一個斜率的較大突變，說明在氣溫8℃之前以及30℃之后，隨著溫度的上升，濕度對臭氧濃度的負相關影響急劇下降。而在8℃至30℃之間，（100-濕度）與臭氧濃度的斜率相對較為穩(wěn)定，在0.8083至3.2026之間，平均值為2.0，說明在此溫度區(qū)間，濕度對臭氧濃度的負相關貢獻較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)一定的線性特征。因本地區(qū)低氣溫情況下臭氧濃度一般均較低，8℃之前的溫度區(qū)間臭氧濃度變化特征與本文的主要研究目的并不一致，在此不做進一步研究。

圖3 示例：（100-濕度）-臭氧濃度分布斜率圖（12度）

圖4 不同溫度下（100-濕度）-臭氧濃度分布斜率變化圖

（二）數(shù)據(jù)分析及擬合

1.數(shù)據(jù)分析

在前一步模型分析的基礎上，調(diào)取參山站2018年全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度數(shù)據(jù)，共獲得8762組數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)分布圖，如圖5。

圖5 2018年參山站全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度分布圖

按照初步模型分析結(jié)果，對數(shù)據(jù)組進行篩選，分為氣溫30℃以下（不包含30℃）、氣溫30℃以上（包含30℃）分別制作濃度分布圖，如圖6、圖7。

圖6 2018年參山站全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度分布圖（30℃以下（不包含））

圖7 2018年參山站全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度分布圖（30℃以上（包含30℃））

從分布圖看，氣溫30℃以下時逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度分布圖接近斜切面，呈線性特征。氣溫超過30℃時，該分布圖接近拋物面，在氣溫大于35℃、相對濕度大于70%的高溫高濕和氣溫30℃左右、相對濕度低于40%的低濕度情況下，呈現(xiàn)較高的臭氧濃度。

2.擬合結(jié)果

（1）氣溫30℃以下（不包含）（如圖8）

圖8 2018年參山站全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度擬合圖（30℃以下（不包含））

經(jīng)擬合，在氣溫30℃以下時，臭氧濃度與氣溫呈線性正相關，與濕度呈線性負相關，數(shù)據(jù)擬合公式如下：

（t：℃，H：%）

（2）氣溫30℃以上（包含30℃）（如圖9）

圖9 2018年參山站全年逐時氣溫-相對濕度-臭氧濃度擬合圖（30℃以上（包含30℃））

經(jīng)擬合，在氣溫30℃以上時，臭氧濃度與氣溫-濕度呈近似雙曲拋物面關系，臭氧濃度均較高，數(shù)據(jù)擬合公式如下：

（t：℃，H：%）

分別對t、H求導，得

當氣溫在30℃以上時，在31.3℃、相對濕度58.3%附近有相對較低的臭氧濃度，當氣溫超過35℃時，簡單增加相對濕度難以降低臭氧濃度。

四、結(jié)果分析及管控建議

根據(jù)擬合結(jié)果，在次日最高氣溫30度以下，保持相對濕度在50%以上，基本能控制臭氧濃度低于140μg/m3；次日最高氣溫超過35度時，不能簡單采取增加相對濕度的方式（如霧炮噴淋等）進行臭氧污染天氣的管控，應該對產(chǎn)生臭氧的大氣前體污染物NOx、VOCs的污染源進行管控。