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      邢臺市某縣域臭氧污染特征分析

      2023-01-15 11:26:52張瑞卿張寧波
      關(guān)鍵詞:寧晉縣體物單峰

      張瑞卿,張寧波

      (1.邢臺市寧晉生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心,河北 邢臺 055550;2.邢臺市寧晉生態(tài)環(huán)境綜合執(zhí)法大隊,河北 邢臺 055550)

      當O3污染發(fā)生時,天空往往是湛藍的,人們難以察覺。其實,夏季的午后正是一天中O3濃度最高的時候。流行病學(xué)研究表明,O3暴露與心血管死亡和發(fā)病率升高的風(fēng)險有關(guān)[1-2]。根據(jù)《2021中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》,2021年全國339個地級及以上城市以O(shè)3為首要污染物的超標天數(shù)占總超標天數(shù)的34.7%,僅次于PM2.5的39.7%[3]。京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)和汾渭平原等重點區(qū)域,以O(shè)3為首要污染物的超標天數(shù)分別占總超標天數(shù)的55.4%、41.8%和39.3%,均居首位。

      邢臺市作為河北省中南部大氣污染的典型城市,正在持續(xù)調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)、能源、交通運輸和用地結(jié)構(gòu),從注重末端治理向更加注重源頭預(yù)防治理轉(zhuǎn)變。秋冬季聚焦PM2.5、PM10和重污染天氣,春夏季聚焦O3,全年加大了氮氧化物和VOCs的減排力度,補齊O3治理短板。本文通過分析邢臺市寧晉縣2019~2021年三年的環(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象資料,得出O3的污染變化特征及與前體物、氣象因子的相關(guān)性,為寧晉縣的O3治理提供切實有力的技術(shù)支持。

      1 研究方法

      運用Origin等對臭氧與相關(guān)參數(shù)的變化特征、變化趨勢以及相關(guān)性進行了分析??諝赓|(zhì)量數(shù)據(jù)來源于轄區(qū)內(nèi)省控環(huán)境空氣自動監(jiān)測站數(shù)據(jù),分別為寧晉縣政府、寧晉縣住建局、寧晉縣實驗一小監(jiān)測點,監(jiān)測設(shè)備均為先河環(huán)保品牌,設(shè)備型號分別為:XHOZ2000B型紫外光度法O3自動監(jiān)測儀、XHN2000B型化學(xué)發(fā)光法NO-NO2-NOX自動監(jiān)測儀、XHCO2000B型氣體濾光光譜法CO監(jiān)測儀。氣象相關(guān)數(shù)據(jù)來源于中國氣象局。

      O3的日濃度是以最大8小時滑動平均濃度計算,年、月O3濃度均基于每日最大8小時滑動平均濃度第 90 百分位濃度計算得出。根據(jù)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》,O3日平均濃度二級標準限值為160 μg/m3,當臭氧日濃度大于160 μg/m3為超標。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 O3變化特征

      2.1.1 年、月變化

      統(tǒng)計分析2019~2021年寧晉縣的O3濃度年際變化(見表1),2019年O3年濃度197 μg/m3,總超標天數(shù)79天;2020年O3年濃度178 μg/m3,總超標天數(shù)59天;2021年O3年濃度156 μg/m3,總超標天數(shù)31天??梢钥闯銎陂gO3年均濃度、超標天數(shù)均實現(xiàn)了逐年下降,并于2021年達到了二級標準限值,O3治理取得了一定成效。超標天主要集中在6月~9月,其中6月最多。

      表1 2019~2021年寧晉縣O3第90百分位濃度及超標情況

      由圖1看出O3月濃度在2019年的5月~9月、2020年的4月~9月、2021年的6月~9月超出二級標準限值。2021年O3濃度的月變化為“單峰”型,在6月達到峰值,而2019年、2020年O3濃度的月變化為弱“雙峰”型,在6月達到峰值后,9月小幅抬升,分別比8月高出35 μg/m3、25 μg/m3。根據(jù)王玫等的研究造成這種差異可能與其他大氣污染物濃度變化有關(guān)[4]。同時也可以看出O3濃度呈現(xiàn)季節(jié)性變化,夏季>春季>秋季>冬季。夏季溫度高、光照強、時間長等條件利于光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,O3二次生成濃度相對較高,而冬季氣溫降低、光照時間和強度都減弱,O3濃度隨之降低[5]。

      圖1 2019~2021年寧晉縣O3月變化曲線圖

      2.1.2 日變化

      圖2給出2019~2021年不同季節(jié)O3小時濃度的日變化曲線。O3小時濃度的日變化均呈單峰型分布,夜間至清晨O3濃度比較低,原因為夜間較弱的光照和較低的溫度使生成O3的化學(xué)反應(yīng)較弱,同時NO不斷滴定消耗O3。

      圖2 不同季節(jié)O3小時濃度日變化

      07∶00后隨著太陽輻射的增強O3濃度不斷累積,16∶00左右達到峰值,隨后O3小時濃度迅速降低(冬季凌晨后O3的變化較為平緩),直至第2天日出。四季O3日變化曲線沒有交叉重疊點,表明O3呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異特征,O3濃度日內(nèi)變化幅度與平均濃度均為夏季>春季>秋季>冬季。寧晉縣的O3小時濃度日變化符合典型的城市型變化規(guī)律,與世界許多城市O3變化特征類似[6-7]。

      2.2 O3與其前體物的相關(guān)性

      O3生成機理復(fù)雜,和前體物之間存在復(fù)雜的非線性響應(yīng)關(guān)系。圖3是2019年~2021年不同季節(jié)O3的前體物NOX、NO2、NO、CO和O3的日變化曲線??梢钥闯鯪OX、NO2、NO、CO的濃度在冬季顯著較高,秋季次之,而夏春季相對較低;除秋季CO的日變化趨勢不明顯之外,四季NOX、NO2、NO、CO濃度基本上呈白天較低、夜間較高的日變化過程,與O3呈現(xiàn)出明顯的“此消彼長”,反映了O3的生成伴隨著其前體物的消耗。是因為白天日照輻射較強,光化學(xué)反應(yīng)促進前體物轉(zhuǎn)化生成O3,夜間沒有太陽輻射,前體物濃度積累,此時O3濃度低,前體物濃度高。

      圖3 2019~2021年不同季節(jié)O3的前體物NOX、NO2、NO、CO和O3的日變化

      分別計算不同季節(jié)O3與NOX、NO2、NO和CO的Spearman相關(guān)系數(shù)R(表2),均通過了α=0.01的顯著性檢驗。除夏季O3與CO呈正相關(guān)外,其余均為負相關(guān),再次反映了O3的生成伴隨著其前體物的消耗。相關(guān)程度高低順序為NO2、NOX、NO、CO,O3與CO的相關(guān)性較低,原因是CO在大氣反應(yīng)中的惰性較大,對O3濃度的影響不及NOX明顯[8]。從季節(jié)性特征來看,夏、秋季O3濃度與其他污染物濃度相關(guān)性較冬、春季弱。因為光化反應(yīng)在溫度和輻射較強的夏、秋季更加復(fù)雜,并且VOC在高溫下反應(yīng)更為活躍,對O3高濃度的貢獻增加,從而導(dǎo)致相關(guān)性減弱[9]。

      表2 2019~2021年寧晉縣 O3 與其前體物體積分數(shù)的相關(guān)性

      3 結(jié)論

      (1)寧晉縣2019年~2021年期間O3年均濃度、超標天數(shù)均實現(xiàn)了逐年下降。2019年、2020年O3濃度的月變化為弱“雙峰”型,在6月達到峰值后,9月小幅抬升,而2021年O3濃度的月變化為“單峰”型,在6月達到峰值。四季的O3小時濃度的日變化均呈單峰型分布,并呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異特征,O3濃度日內(nèi)變化幅度與平均濃度均為夏季>春季>秋季>冬季。

      (2)四季NOX、NO2、NO、CO濃度基本上呈白天較低、夜間較高的日變化過程,與O3呈現(xiàn)出明顯的“此消彼長”,除夏季O3與CO呈正相關(guān)外,其余均為負相關(guān),相關(guān)程度高低順序為NO2、NOX、NO、CO。

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