龍巖市臭氧污染特征分析

連衛(wèi)中

（福建省龍巖環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 龍巖 364000）

21世紀以來，中國經濟得到飛速的發(fā)展，城市化水平不斷提高，人口越來越向城市集中，造成城市環(huán)境污染不斷加重，全國范圍內，很多地區(qū)臭氧污染都呈現(xiàn)出不斷加重的趨勢。近些年大量的研究表明，我國京津冀地區(qū)、長江三角洲和珠江三角洲等主要工業(yè)發(fā)達區(qū)域的臭氧污染越來越嚴重，臭氧和PM2.5已經成為城市環(huán)境空氣的主要污染物。各地的環(huán)境空氣監(jiān)測結果也表明，全國很多城市都存在臭氧超標的問題[1-3]。

臭氧具有強氧化性，是一種比氧氣更強的氧化劑，對人體的健康和生態(tài)環(huán)境都有直接的危害。它不是通過人類活動直接產生和排放的污染物，它主要是由揮發(fā)性有機物及氮氧化物這兩個前體物在大氣中通過光化學反應生成的。

龍巖市位于福建省西部，管轄范圍包括新羅區(qū)、永定區(qū)、上杭縣、武平縣、長汀縣、連城縣及漳平市，區(qū)域面積為1.9萬km2。龍巖市地勢東高西低，北高南低。區(qū)域內武夷山脈南段、玳瑁山、博平嶺等山嶺沿東北-西南走向，整體上呈平行分布，全市平均海拔為652 m，屬亞熱帶海洋性季風氣候。2019年，龍巖市常住人口為264萬人，其中城鎮(zhèn)人口為153.12萬人。目前，龍巖市臭氧污染及防治措施方面的研究不多。本文通過分析龍巖市各個地區(qū)2018-2020年環(huán)境空氣質量監(jiān)測數據，得出龍巖市各個地區(qū)近地面臭氧濃度變化規(guī)律，為今后龍巖市實施各項防治措施、治理近地面臭氧污染提供科學依據。

1 監(jiān)測數據和評價方法

本研究所使用的龍巖市臭氧和其他污染物（SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5）的監(jiān)測數據均來自福建省生態(tài)云環(huán)境空氣質量智慧綜合平臺，所采用的時間范圍為2018年1月1日至2020年12月31日。

臭氧評價指標為日最大8 h平均濃度（簡稱O3-8 h），數據統(tǒng)計參照《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012）[4]和《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）[5]，城市每天O3-8 h由每一個監(jiān)測站點（不含對照點）臭氧日最大8 h算術平均濃度算出。根據《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012）中環(huán)境功能區(qū)分類和質量要求，龍巖市各個地區(qū)以臭氧濃度二級標準作為判定標準，O3-8 h二級標準限值為160 μg/m3，O3-1 h二級標準限值為200 μg/m3。

根據《環(huán)境空氣質量指數（AQI）技術規(guī)定（試行）》（HJ 633—2012）[6]，O3-8 h劃分為5個級別：優(yōu)（1～100 μg/m3）、良（101～160 μg/m3）、輕度污染（161～215 μg/m3）、中度污染（216～265 μg/m3）、重度污染（265 μg/m3以上）。分別對2018-2020年龍巖市各個地區(qū)每天的O3-8 h等級進行統(tǒng)計，同時計算超標天數中O3-8 h作為首要污染物的數量。通過統(tǒng)計2018-2020年龍巖市各個地區(qū)O3-8 h第5、10、25、50、75、90、95百分位（其中第90百分位O3-8 h可以用于城市臭氧年度達標評價）和年平均值，對這些數據進行對比，可以看出年際間城市O3-8 h變化規(guī)律。

2 結果分析

2.1 龍巖市各個地區(qū)臭氧污染情況和變化趨勢

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市各個地區(qū)第90百分位O3-8 h，結果如圖1所示。從圖1可以看出，2018年、2019年、2020年O3-8 h第90百分位的平均值分別為104、111、104 μg/m3，龍巖市7個地區(qū)全部達標。雖然龍巖市各個地區(qū)臭氧全部達標，但是龍巖市區(qū)（新羅區(qū)）在所有地區(qū)中還是最高的。從臭氧濃度來看，有些地區(qū)逐年下降，如龍巖市區(qū)、武平縣、連城縣，其他地區(qū)則先上升后下降，如漳平市、長汀縣、永定區(qū)和上杭縣。這表明龍巖市各個地區(qū)臭氧污染的變化趨勢各不相同。

圖1 2018-2020年龍巖市各個地區(qū)第90百分位O3-8 h

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市7個地區(qū)每日O3-8 h等級，結果如圖2所示。從圖2可以看出，龍巖市每年優(yōu)和良等級頻次最多，輕度污染頻次較少，沒有發(fā)生中度污染和重度污染。從龍巖市7個地區(qū)這三年來看，優(yōu)級天數逐漸上升，良級天數逐漸下降，輕度污染級別天數也在逐漸上升。根據《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）和《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012）的O3-8 h二級標準限值（160 μg/m3）來評價[6]，2018-2020年，龍巖市超標天數中，O3作為首要污染物的天數分別為0、3、8 d。

圖2 2018-2020年龍巖市O3-8 h各個級別所占比例情況

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市7個地區(qū)超標天數中首要污染物所占比例的變化，結果如圖3所示。從圖3可以看出，2018-2020年，龍巖市7個地區(qū)首要污染物主要為PM10、PM2.5和臭氧。PM10和PM2.5作為首要污染物的天數呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，而臭氧則呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。

圖3 2018-2020年龍巖市超標天數中所有首要污染物分配情況

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市7個地區(qū)的O3-8 h，分析2018-2020年龍巖市第5、10、25、50、75、90、95百分位O3-8 h變化情況，結果如圖4所示。從圖4可以看出，2019年O3-8 h各百分位與2018年相比都呈現(xiàn)出一致性的上升，這說明2019年臭氧濃度整體向上抬升。龍巖市7個地區(qū)O3-8 h年均值從2018年的68 μg/m3增加到2019年的72 μg/m3，且2020年O3-8 h年均值為69 μg/m3，2020年跟2019年相比略有下降，與2018年差距不大。另外，2020年跟2019年相比，第5、10百分位O3-8 h比2019年高，第25百分位O3-8 h跟2019年相距不大，第50、75、90、95百分位O3-8 h均比2019年低，這說明2020年同2019年相比，O3-8 h有較明顯下降，主要表現(xiàn)為低值區(qū)濃度上升且高值區(qū)濃度下降。

圖4 2018-2020年龍巖市O3-8 h百分位濃度的變化情況

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市7個地區(qū)的O3-8 h，分析龍巖市7個地區(qū)2018-2020年O3-8 h百分位濃度的變化情況，結果如圖5所示。從圖5可以看出，龍巖市7個地區(qū)的臭氧污染變化趨勢都不一樣，其中，龍巖市區(qū)（新羅區(qū)）臭氧變化不大，長汀縣、永定區(qū)、上杭縣和漳平市臭氧均呈現(xiàn)先升高再下降的變化趨勢，武平縣和連城縣則呈現(xiàn)不斷下降趨勢。由此可以看出，龍巖市區(qū)（新羅區(qū)）臭氧變化不大，其余城市臭氧都有所減輕。

圖5 2018-2020年龍巖市各個地區(qū)O3-8 h百分位濃度的變化情況

2.2 臭氧污染的時間和空間分布特點

2.2.1 時間變化特點

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市各個地區(qū)O3-8 h污染超標情況，結果如圖6所示。從圖6可以看出，受太陽光照、太陽輻射和環(huán)境溫度的影響，龍巖市不同季節(jié)O3-8 h的超標天數各不相同，具有比較明顯的季節(jié)變化特點。春季（3-5月）和秋季（9-11月）的污染比較嚴重，2018年O3-8 h無超標，2019年O3-8 h超標3 d（6月有1 d，9月有2 d），2020年O3-8 h超標8 d（4月有5 d，5月有2 d，11月有1 d），發(fā)生在春季和秋季的臭氧污染超標天數分別占總超標天數的63.6%和27.3%。

圖6 2018-2020年龍巖市O3-8 h超標情況

龍巖市屬亞熱帶海洋性季風氣候，夏季盛行風以東南風為主，西南風為輔。因為地處沿海地帶，龍巖市受臺風影響比較大，雖然夏天溫度比較高，太陽光照比較強，但是空氣流動性比較強，導致臭氧超標情況并不嚴重。

2.2.2 空間分布特點

統(tǒng)計2018-2020年龍巖市7個地區(qū)的O3-8 h，做出龍巖市各個地區(qū)O3-8 h年平均值及第90百分位O3-8 h的空間分布狀況圖，如圖7所示。從圖7可以看出，龍巖市各個地區(qū)的O3-8 h年平均值差距不大；龍巖市區(qū)（新羅區(qū)）的第90百分位O3-8 h相對較高，其他地區(qū)差距不大。

圖7 龍巖市各個地區(qū)O3-8 h年平均值及第90百分位O3-8 h的空間分布狀況

2.3 臭氧（O3）和氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機物（VOCs）的關系

臭氧不是通過人類活動直接產生和排放的污染物，它主要是揮發(fā)性有機物及氮氧化物這兩個前體物在太陽光的紫外線作用下通過光化學反應生成的?？諝庵械牡趸铮∟Ox）和揮發(fā)性有機物（VOCs）主要來源于各種電力設備、工業(yè)生產設備、機動車與非機動車尾氣、化學溶劑的排放和汽油燃燒產物等。這些污染物不斷聚集，在不能得到快速擴散的情況下，濃度會不斷增高，再遇上溫度高、太陽光照強、輻射強的環(huán)境條件，就會產生大量的臭氧。

3 龍巖市臭氧的污染防治方法

龍巖市是福建省管轄的地級市，位于福建省西部，2019年常住人口為264萬人，其中城鎮(zhèn)人口有153.12萬人，城市化率為58%。管轄范圍包括新羅區(qū)、永定區(qū)、上杭縣、武平縣、長汀縣、連城縣及漳平市。境內礦產豐富，森林覆蓋率為77.9%，居福建省首位。

龍巖市是福建省重要的礦區(qū)、林區(qū)和煤炭產區(qū)，以機械加工、礦產加工、水泥建材生產、食品加工、環(huán)保裝備和卷煙生產為主導產業(yè)。改革開放后，社會經濟得到了飛速的發(fā)展，特別是進入21世紀以來，隨著城市規(guī)模的不斷擴大，城市化率不斷提高，各種機動車與非機動車數量增加，這使得環(huán)境空氣污染越來越嚴重，臭氧污染不斷加劇。所以，通過分析和研判臭氧監(jiān)測數據，制定各種科學的方法對臭氧進行防治越來越成為一種重要和緊迫的工作[7-11]。

通過統(tǒng)計和分析2018-2020年龍巖市7個地區(qū)的環(huán)境空氣質量監(jiān)測數據，針對龍巖市臭氧污染防治，本研究提出以下建議：控制煤炭的消費總量，大力發(fā)展風電、水電、太陽能等清潔能源，推進清潔生產審核；進一步推進工業(yè)企業(yè)和電力源NOx的減排，淘汰各種落后的產能和小鍋爐；進一步推進各種交通源的污染控制，淘汰各種不合格的機動車和非機動車；進一步推進生活源NOx的減排；制訂在不利的氣象條件下臭氧超標的各種應急方案；進一步推進區(qū)域間臭氧的聯(lián)防聯(lián)控。

4 結論

2018-2020年，龍巖市各個地區(qū)第90百分位O3-8 h的平均值均可以達標，龍巖市超標天數中O3作為首要污染物的天數分別為0、3、8 d。O3作為首要污染物引起的污染在不斷加重，并且處于上升趨勢。2018-2020年，龍巖市各個地區(qū)臭氧污染變化趨勢各不相同，龍巖市各個地區(qū)O3-8 h超標天數都存在明顯的季節(jié)變化特點，其中春季和秋季臭氧污染最嚴重。2018-2020年，龍巖市各個地區(qū)O3-8 h的年均值差距不大，龍巖市區(qū)（新羅區(qū)）的第90百分位O3-8 h相比其他地區(qū)略高，其他地區(qū)差距不大。