青島市夏季臭氧污染過程特征及影響因素分析

薛蓮 劉偉 劉岳峰

摘要：2021年6月4～7日青島市區(qū)空氣質(zhì)量降為O3輕度至中度污染，污染過程呈現(xiàn)持續(xù)時間長、污染程度較重的表現(xiàn)特征。污染期間大氣擴散條件整體不利，且近地面高溫、強太陽輻射、弱風等氣象條件，有利于O3生成且易導致污染累積。高空有較明顯O3污染輸送至地面的情況，后向軌跡顯示污染氣團來自蘇北區(qū)域。O3污染控制的重點是大型道路運輸車輛、加油（氣）站、石油液化氣揮發(fā)以及石化等工業(yè)企業(yè)的工藝生產(chǎn)過程。

關鍵詞：夏季? 臭氧? 污染過程? 特征? 影響因素

中圖分類號：X515? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Analysis of Characteristics and Influencing Factors of Ozone Pollution Process in Summer in Qingdao

XUE Lian1? LIU Wei1? LIU Yuefeng2

（1.Qingdao Eco-environmental Monitoring Center of Shandong Province; 2.Qingdao Research Academy of Environmental Science， Qingdao， Shandong Province， 266000 China）

Abstract： From June 4 to 7， 2021， the air quality in the urban area of Qingdao dropped to mild to moderate O3 pollution， and the pollution process showed the characteristics of long duration and heavy pollution. During the pollution period， atmospheric diffusion conditions are generally unfavorable， and meteorological conditions such as near-ground high temperature， strong solar radiation， and weak wind are conducive to the generation of O3 and easily lead to pollution accumulation. At high altitude， O3 pollution was transported to the ground， and the backward trajectory showed that the polluted air mass came from the northern Jiangsu region. The focus of O3 pollution control is on large-scale road transportation vehicles， gas （gas） stations， the volatilization of liquefied petroleum gas， and the technological production processes of industrial enterprises such as petrochemicals.

Key Words： Summer; Ozone; Pollution Process; Characteristics; Influencing factors

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市現(xiàn)代化的建設，國內(nèi)多個城市的O3污染問題突顯，且O3日益成為主要污染物影響城市空氣質(zhì)量。為研究O3污染機理及影響，很多學者對不同城市和地區(qū)的O3污染特征進行了系統(tǒng)性的歸納總結[1-3]，并針對O3污染過程進行了具體分析研究及來源追溯[4-8]。該研究利用2021年6月4～7日青島市夏季一次典型O3污染過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了此次污染過程中青島市O3濃度的時間變化規(guī)律，探討了氣象條件和區(qū)域污染傳輸對青島市O3污染的影響，并對VOCs物種的O3生成潛勢及來源進行了研究，從而為精細化研究O3污染過程的特征及規(guī)律提供實例參考，也為有針對性地提出大氣污染防治措施提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及方法

采用2021年6月4～7日青島市的O3監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，采樣點位為青島市區(qū)10個國控點位。O3觀測采用美國API 400E紫外吸收O3分析儀，主要利用O3吸收254 nm紫外光前后產(chǎn)生不同強弱電響應的原理，采樣為24 h連續(xù)自動監(jiān)測，部分時段由于停電、儀器校準等原因數(shù)據(jù)無效。O3濃度的垂直分布數(shù)據(jù)來源于大氣臭氧探測激光雷達，通過差分吸收光譜技術監(jiān)測立體分布和污染過程，點位位于山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心院內(nèi)。氣溫、降水、風速、風向等氣象數(shù)據(jù)主要采用青島市區(qū)伏龍山氣象站的觀測數(shù)據(jù)。

2 結果與討論

2.1 O3污染過程分析

2021年6月4～7日，青島市區(qū)空氣質(zhì)量出現(xiàn)O3污染，其中4～6日為輕度污染，7日為中度污染（詳情見圖1）。4日上午，隨著市區(qū)氣溫升高、太陽輻射增強，O3生成條件有利，O3濃度迅速升高，中午13時升至173 μg/m3，超出O3小時濃度一級標準（160 μg/m3），15時達到峰值195 μg/m3，傍晚至夜間O3濃度逐漸降低，21～23時降至160 μg/m3以下，全天O3-8h濃度為184 μg/m3，AQI為122，輕度污染。5日白天氣象條件利于O3生成，O3濃度逐漸升高，升幅較4日有所減緩，15～19時超出160μg/m3，其中18時達到最高值186 μg/m3，全天O3-8h濃度為170 μg/m3，AQI為110，輕度污染。受上風向污染傳輸影響，5日夜間至6日凌晨O3濃度維持在90 μg/m3以上，6日白天隨著O3生成條件的建立，O3濃度逐漸升高，10時O3超出160 μg/m3，同時伴隨著上風向污染傳輸貢獻，11～23時O3濃度一直維持在176～199 μg/m3之間，全天O3-8h濃度為196 μg/m3，AQI為133，輕度污染。7日受本地不利氣象條件和上風向污染傳輸影響，全天O3小時濃度維持較高水平，范圍在155～244 μg/m3之間，其中22 h超出160 μg/m3，11 h超出200 μg/m3，全天O3-8h濃度為230 μg/m3，AQI為165，中度污染。

2.2 O3濃度日變化

2021年6月4～5日，青島市區(qū)O3日變化呈單峰型變化規(guī)律，凌晨O3濃度較低，7時起隨著氣溫升高、太陽輻射增強，O3濃度迅速升高，至下午17～18時升至最高值，之后O3生成條件減弱，O3濃度緩慢降低;與前兩日不同，6～7日O3日變化呈雙峰型變化規(guī)律，凌晨出現(xiàn)第一個峰值，主要為上風向污染傳輸影響導致，隨著早高峰氮氧化物的滴定作用，O3濃度短時降低，7時左右O3生成條件逐漸建立，O3濃度再次升高，并于13時左右達到最高值，之后緩慢降低。從濃度水平來看，6～7日O3小時值總體較4～5日偏高，除受本地生成影響外，上風向污染傳輸是重要原因。詳情見圖2。

2.3 氣象因素分析

高空500 hPa天氣形勢顯示，2021年6月4日青島市由東北冷渦底部控制，隨著冷渦的東移，5～7日逐漸轉(zhuǎn)為受寬廣的高壓脊區(qū)控制，高空形勢穩(wěn)定少變，以晴天為主;低空850 hPa天氣形勢顯示，西南氣流持續(xù)，暖平流明顯，低空溫度不斷上升;地面天氣形勢顯示，4日受低壓底部較強氣壓梯度影響，風力偏強，5～7日受弱低壓場控制，等壓線稀疏，風力偏弱，以南風為主;垂直廓線分析得出，4～7日近地層風速較小，在高壓控制下，以下沉氣流為主。

從近地面氣象要素來看，4～7日青島市區(qū)平均氣溫較高，在20.5 ℃～23.8 ℃之間，且太陽輻射較強，主導風向為南到西南風，平均風速在2.2～3.6 m/s之間。總體來看，氣象條件有利于O3生成，且近地面的弱風情況導致O3前體物濃度累積且生成O3后不易擴散。

2.4 區(qū)域污染傳輸影響

2021年6月5日夜間至6日凌晨，400 m高空有較明顯O3污染輸送至地面，市區(qū)O3濃度維持在90 μg/m3以上;6日夜間至7日凌晨，500 m高空有明顯O3污染輸送過程，導致市區(qū)O3濃度升至150 μg/m3以上，24 h后向軌跡模型顯示污染氣團來自蘇北區(qū)域，在氣流作用下向東移動后在南風作用下影響青島;7日11時后，高溫強光照等氣象條件利于O3生成，同時高空有較明顯輸送過程，導致O3濃度較高，12～19時市區(qū)O3濃度均在200 μg/m3以上。此次污染過程中，夜間O3污染氣團主要分布在高空700 m以下范圍內(nèi)，與南京夏季O3污染過程的濃度垂直分布特征有所不同[8]。

2.5 O3生成潛勢

2021年6月4～7日，O3生成潛勢排名前十位的VOCs物種依次為：乙烯、丙烯、甲苯、反-2-丁烯、異戊烷、正丁烷、異戊二烯、丙烷、異丁烷、正戊烷。對物種進行來源識別，得出影響青島市O3生成的主要來源有：機動車排放（乙烯、丙烯、丙烷）、工業(yè)企業(yè)工藝過程排放（苯系物）、油氣揮發(fā)（異戊烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷）、液化石油氣（反-2-丁烯）和天然源（異戊二烯）。因此，該地O3生成的控制重點是大型道路運輸車輛、加油（氣）站和石油液化氣揮發(fā)以及石化等工業(yè)企業(yè)的工藝生產(chǎn)過程。

3 結論

2021年6月4～7日青島市區(qū)空氣質(zhì)量降為輕度至中度污染，首要污染物均為O3，且部分時段超出160 μg/m3。此次污染過程總體呈現(xiàn)持續(xù)時間長、污染程度較重的表現(xiàn)特征。4～5日O3日變化呈現(xiàn)單峰型變化規(guī)律，6～7日呈現(xiàn)雙峰型變化規(guī)律，且O3小時值總體偏高。

高低空天氣形勢及地面氣象資料顯示，6月4～7日大氣擴散條件整體不利，且垂直方向大氣湍流較弱，近地面高溫、強太陽輻射、弱風等氣象條件有利于O3生成且易導致污染累積。O3激光雷達監(jiān)測顯示，5日夜間至6日凌晨、6日夜間至7日凌晨、7日11時以后高空均有較明顯O3輸送至地面，導致近地面市區(qū)O3濃度明顯升高，24 h后向軌跡顯示污染氣團來自蘇北區(qū)域，向東移動后在南風作用下影響青島。

通過分析O3生成潛勢得出排名前十位的VOCs物種，以此識別O3生成貢獻較大的前體物的污染來源。經(jīng)分析，該地O3生成的控制重點主要為大型道路運輸車輛、加油（氣）站和石油液化氣的揮發(fā)以及石化等工業(yè)企業(yè)的工藝生產(chǎn)過程。

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作者簡介：薛蓮（1986—），女，碩士，高級工程師，研究方向為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2111-5042-8221