陳鴻源
(石獅市環(huán)境監(jiān)測站,福建 石獅 362700)
我國持續(xù)高速的經(jīng)濟增長及城市化進(jìn)程取得顯著發(fā)展同時,環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重,其中,臭氧已經(jīng)成為影響空氣質(zhì)量的主要因子[1]。本文基于2018~2020年石獅市3座省控空氣自動站監(jiān)測數(shù)據(jù),分析了石獅市臭氧的變化特征及規(guī)律,并探討了其與氣象要素的相關(guān)性,以期為石獅市臭氧污染的區(qū)域防治提供參考。
臭氧、二氧化氮、氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)來源于石獅市3座省控空氣自動站,監(jiān)測點位分別位于前廊村(E:118°35’56.0”,N:24°44’36.9”)、金林村(E:118°38’9.96”,N:24°43’57.0”)和寶蓋山(E:118°40’5.88”,N:24°42’57.9”),其中寶蓋山為對照點,其余點位為評價點。
2.1.1 石獅市臭氧逐年變化趨勢
在(圖1)中展示了石獅市2018~2020年臭氧日最大8小時濃度(90百分位數(shù))及臭氧超標(biāo)天數(shù)分布情況,從圖中可以看出,從2018~2020年石獅市臭氧濃度和超標(biāo)天數(shù)都呈現(xiàn)下降的趨勢,2018年臭氧濃度為156 μg/m3,全年超標(biāo)天數(shù)為31天;2019年臭氧濃度為143 μg/m3,同比下降8.3%,超標(biāo)天數(shù)為14天,同比下降54.8%;2020年臭氧濃度為118 μg/m3,同比下降17.5%,超標(biāo)天數(shù)為2 天,同比下降85.7%。
圖1 石獅市2018~2020年臭氧濃度及超標(biāo)天數(shù)分布
2.1.2 月變化特征
石獅市臭氧和二氧化氮濃度月變化特征,從(圖2)可以看出,2018年臭氧濃度4月最高,高達(dá)196 μg/m3,是近三年來月均濃度最高值,超標(biāo)天數(shù)最多在10月;2019年臭氧濃度最高在9月,超標(biāo)天數(shù)最多在10月;2020年臭氧濃度較為平穩(wěn),超標(biāo)天數(shù)僅2天。
圖2 石獅市2018~2020年臭氧濃度和超標(biāo)天數(shù)逐月分布
石獅市近三年二氧化氮濃度的月變化,從(圖3)中可以看出,石獅市二氧化氮濃度整體水平較低。2018年與2020年二氧化氮濃度最高均出現(xiàn)在3月;2019年二氧化氮濃度最高為12月。
圖3 石獅市2018~2020年二氧化氮濃度逐月分布
2.1.3 日變化特征
石獅市2018~2020年臭氧濃度日變化分布,從(圖4)中可以看出2018年和2019年臭氧濃度日變化曲線較一致,呈現(xiàn)出明顯的單峰形分布特征,自0點開始下降,7點達(dá)到最低值,之后開始上升,14點達(dá)到最高值,再下降。
圖4 石獅市2018~2020年臭氧濃度日變化分布
對2018~2020年超標(biāo)天數(shù)各站點臭氧濃度與二氧化氮濃度進(jìn)行分析(見圖5),發(fā)現(xiàn)臭氧與二氧化氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在14點時,臭氧濃度出現(xiàn)峰值,而二氧化氮值最小,二者變化規(guī)律正好相反。原因是二氧化氮是臭氧的前體物之一,在午后14點,二氧化氮在一定的太陽輻射和溫度的條件下,轉(zhuǎn)化成臭氧[2]。
圖5 石獅市各站點2018年到2020年超標(biāo)天臭氧與二氧化氮濃度日變化分布
2.3.1 臭氧與溫度的相關(guān)性分析
選取2018年超標(biāo)天數(shù)較多的4~10月進(jìn)行統(tǒng)計分析(見圖 6),當(dāng)溫度分別為0~20 ℃、20~25 ℃和25~30 ℃時與臭氧呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系,這可能是由于石獅市地理位置處于三面環(huán)海的緣故,溫度不高時對臭氧的影響并不大;當(dāng)溫度大于30 ℃時,隨著溫度的升高,臭氧濃度明顯上升,在35~40 ℃之間時,臭氧濃度達(dá)到最高值149 μg/m3。
圖6 不同溫度區(qū)間下臭氧分布
2.3.2 臭氧與相對濕度的相關(guān)性分析
2018年超標(biāo)天數(shù)較多的4~10月臭氧濃度在不同相對濕度區(qū)間下的分布情況(見圖7),當(dāng)相對濕度與臭氧濃度呈現(xiàn)較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系時,隨著相對濕度區(qū)間的增大,臭氧濃度也逐漸降低,這是因為在高相對濕度條件下,水汽中所含的自由基會迅速將臭氧分解為氧分子,以此降低臭氧濃度[3]。當(dāng)相對濕度在30%~40%之間時,臭氧濃度較高,為150 μg/m3;當(dāng)相對濕度處于90%~100%之間時,臭氧濃度最低,僅有42 μg/m3。
圖7 不同相對濕度區(qū)間下臭氧分布
基于以上分析,進(jìn)一步結(jié)合溫度與相對濕度兩個要素對臭氧的影響(見圖8)來看,可以發(fā)現(xiàn)臭氧高值點大都分布在溫度24~36 ℃與相對濕度40%~60%區(qū)間內(nèi)。結(jié)合溫度與相對濕度兩者之間的關(guān)系(見圖9)來看,當(dāng)溫度升高,相對濕度呈現(xiàn)先上升后降的趨勢,當(dāng)溫度在20~30 ℃時,相對濕度可高達(dá)80%左右,這也印證了前面提到的當(dāng)溫度在0~30 ℃之間逐漸上升時,臭氧濃度卻呈現(xiàn)下降的趨勢,這是因為受到高濕條件的影響。
圖8 溫度與相對濕度對O3濃度的綜合影響
圖9 溫度與相對濕度的相關(guān)關(guān)系
2.3.3 臭氧與風(fēng)速風(fēng)向的相關(guān)性分析
進(jìn)一步統(tǒng)計分析不同風(fēng)速、風(fēng)向區(qū)間下臭氧濃度的分布情況,隨著風(fēng)速區(qū)間的增大,臭氧濃度也逐漸升高,當(dāng)風(fēng)速區(qū)間為6-8 m/s時,臭氧濃度最高,為89 μg/m3(見圖10);當(dāng)風(fēng)向在東北-東-東南方向時,臭氧濃度較高,其中東風(fēng)方向最高,為108 μg/m3(見圖11)。
圖10 不同風(fēng)速區(qū)間下臭氧濃度特征圖
圖11 不同風(fēng)向上臭氧濃度特征
石獅市2018~2020年臭氧超標(biāo)日下污染玫瑰圖(見圖12),從圖中可以看出,臭氧超標(biāo)日情況下主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng),西風(fēng)方向出現(xiàn)頻率最低。臭氧小時值的高值區(qū)域大都分布在南風(fēng)方向,其次是東南-東方向,這也與石獅市常年主導(dǎo)風(fēng)向吻合。另一方面,臭氧超標(biāo)日下小時風(fēng)速基本分布在0-10 m/s區(qū)間內(nèi),少數(shù)分布在10-15 m/s,極少數(shù)甚至超過15 m/s。
圖12 臭氧超標(biāo)日下的風(fēng)向玫瑰圖
本文針對石獅市2018~2020年臭氧污染特征及氣象要素的影響進(jìn)行統(tǒng)計分析,主要得出以下結(jié)果:
(1)石獅市2018年臭氧日最大8小時濃度(90百分位數(shù))及超標(biāo)天數(shù)均最高,其次是2019年,2020年最低。其中4月與10月臭氧污染最嚴(yán)重;
(2)石獅市臭氧濃度峰值出現(xiàn)在14點,與二氧化氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;
(3)臭氧高值點大都分布在溫度24~36 ℃與相對濕度40%~60%區(qū)間;
(4)相對濕度對臭氧的影響比溫度更顯著,當(dāng)相對濕度在30%~40%之間時,臭氧濃度最高;當(dāng)風(fēng)速在6-8 m/s及東風(fēng)方向時,臭氧濃度最高。