环境空气中臭氧污染特征及相关气象要素研究

李利霞，王 亮，陈芙蓉，贾 靖

（1.河南省济源生态环境监测中心，河南济源 459000；2.济源产城融合示范区生态环境综合行政执法支队，河南济源 459000）

近几年，随着经济的高速发展，环境问题越来越严重，其中不仅包括PM2.5污染，臭氧污染也成为影响空气质量的重要因素之一。从国家发布的相关数据来看，京津冀、珠三角、长三角地区，臭氧已经成为首要污染物，对当地居民的健康有着较大的影响[1]。如图1所示，是京津冀、长三角及珠三角地区臭氧年变化图，从图1可以看出，臭氧问题呈现出日趋严重的趋势。本文以河南某市城市环境空气质量自动监测系统采集到的数据为依托，分析2019年1—12月臭氧变化的情况，希望可以通过本文的研究为该区域内改善环境质量、建设生态城市提供科学依据。

图1 京津冀、长三角及珠三角地区臭氧年变化图

1 监测结果与分析

1.1 臭氧浓度的达标状况

依据GB 3095—2012《环境空气质量标准》，臭氧小时平均浓度限值为200μg/m3，8h滑动均值月百分位浓度限值为160μg/m3，依据此标准对全年监测结果进行统计。其中，臭氧小时浓度值为1～262μg/m3，最小值浓度1μg/m3，出现在2019年9月17日5时，最大值浓度262μg/m3，出现在2019年7月6日13小时，超出国家二级标准0.31倍。臭氧日最大8h平均浓度值为6～238μg/m3，最小值浓度6μg/m3，出现在2019年12月10日，最大值浓度238μg/m3，出现在2019年7月6日，超出国家二级标准0.49倍。从以上统计结果可以看出，河南某市2019年城市环境空气中臭氧污染主要为臭氧日最大8h滑动均值月百分位平均浓度污染，全年超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值的百分率为14.4%。

1.2 臭氧浓度时间的分布特征

（1）臭氧小时平均浓度值变化特征，臭氧小时平均浓度在一天中显示呈单一峰值模式。晚上，浓度比较低，并且变化比较平缓，下午15时至17时达到最高峰值。

（2）臭氧日最大8h滑动均值月百分位浓度的季节变化特征，2019年臭氧日最大8h滑动均值月百分位浓度在5～8月份较高，最高值出现在6月，8h滑动均值月百分位浓度达到164μg/m3。11月至次年3月较低，最低值出现在1月份，8h滑动均值月百分位浓度为47μg/m3。在2019年，日最大8h滑动均值月百分位浓度呈现出夏季高，春季、秋季、冬季低的趋势，与国内外研究结果基本一致。将2019年臭氧日最大8h滑动均值月百分位浓度超出GB 3095—2012《环境空气质量标准》臭氧浓度限值二级标准天数按月统计，臭氧日最大8h滑动均值月百分位浓度超标月份主要集中在4～8月，6月、7月、8月三个月超标天数最多，分别为17天、11天、16天，1月、2月、3月、9月、11月、12月超标天数为零。由此可以看出该区域臭氧污染主要是夏季最高，春、秋季较低，冬季最低，具有明显的季节特征。

1.3 臭氧污染环境空气质量分指数对年度环境空气质量的影响

1.3.1 臭氧日最大8h滑动均值浓度分指数状况

根据HJ 633—2012《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》，对该区域2019年臭氧日最大8h滑动均值浓度环境空气质量分指数，对应的空气质量污染物浓度指数表统计出臭氧各级别天数，其中优天数192d，良天数117d，轻度污染天数49d，中度污染天数3d，无重度污染以上天数。

1.3.2 臭氧日最大8h滑动均值浓度环境空气质量分指数对全年环境空气质量的影响

2019年环境空气质量以臭氧为首要污染物的有51d，占污染天数的33.1%，可见臭氧对全年空气质量影响很大。主要原因是，该市臭氧污染天气主要集中在夏季，而细颗粒物和可吸入颗粒物质浓度值在夏天相对较低，两项目污染天气主要集中在冬季。臭氧明显的季节性污染特征致使该区域内全年的污染天数显著增加。

2 相关气象要素对臭氧浓度的影响

2.1 风速的影响

将该区域内2019年臭氧日最大8h均值浓度相对应的同步监测到的8h风速平均值进行统计汇总，得出风速在1.5～2.5m/s时，臭氧浓度达到最高值，风速低于1.5m/s或高于2.5m/s时臭氧浓度较低。风速越低，就非常不利于环境空气中污染物的扩散。但是，根据河南某市的气候特点，静风天气（8h风速平均值小于0.5m/s）多发生在秋季，气温越低，臭氧的产生受到抑制，产生臭氧最活跃的夏季多为1.5～2.5m/s的微风。当风速高于2.5m/s时，漂浮于环境空气中的污染物会得到快速扩散和稀释，致使各项环境空气中的污染物浓度包括臭氧在内，都会得到降低。

2.2 气温的影响

臭氧浓度与气温正相关，气温升高，臭氧浓度随着增加。当臭氧日最大8h均值浓度对应8h平均气温高于28℃时，对应的日最大8h均值浓度超过《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级标准160μg/m3。环境空气中臭氧项目污染的气象特征表明，气温越高，越容易产生高浓度臭氧，气温越低，越不利于臭氧污染的产生。因此，臭氧污染在夏季较为严重，冬季相对较轻。

2.3 光照的影响

该区域臭氧小时平均浓度值最低值发生在上午7时，随着光照强度增加，臭氧浓度值也逐渐升高，在中午前后光照强度达到最强。但是臭氧具有累积效应，因此臭氧浓度的最大值出现在午后14—17时。由此也可证明，臭氧污染的气象特征与光照的强弱有直接关系，光照越强，臭氧浓度越高。

2.4 降雨的影响

降水发生时，云量普遍较大，光照强度弱，温度低，不利于臭氧光化学的形成，抑制臭氧的产生。另一方面，由于臭氧溶解度随温度的降低而增加，当有降水时，臭氧在近地表层的溶解度增加，也导致臭氧浓度的降低。所以，在干燥地区，臭氧污染相对较为严重，而降水较多或空气湿润的地区，臭氧污染则相对较轻。

3 结论

1）2019 年，河南某市城市环境空气中臭氧的污染主要为臭氧日最大8h滑动均值月百分位平均浓度污染，全年超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值的百分率为14.4%。

2）臭氧浓度的变化具有明显的日变化规律，主要表现为夜间浓度低并且变化平缓，下午15—17时达到峰值。

3）臭氧污染季节性特点明显，污染天气主要集中在夏季。

4）风速、温度、光照等气象要素对臭氧的浓度变化有较大影响。臭氧污染受有关气象要素影响的特征是：阳光充足、高温、风速低于1.5m/s的正午将出现高浓度臭氧污染。

4 建议

1）加强交通疏导，减少怠速停留。对区域内高峰期经常发生拥堵的路段加强现场交通疏导，减少汽车尾气排放。在这方面不同地区要综合考虑自身交通情况，用合理的方式减少汽车拥堵的问题。

2）涉VOCS作业错时施工。每日13点到17点阳光充足、温度高期间，在重点区域范围内禁止进行建筑墙体涂刷装饰、市政道路划线、栏杆喷涂等使用有机溶剂的作业。

3）实施重点企业氮氧化物限排[2]。重点管控时段，对氮氧化物排放量大的企业减半限排或停排。

4）强化餐饮油烟污染治理，开展餐饮油烟专项治理行动。推广使用高效油烟净化设备，确保油烟净化设施全部安装，禁止露天烧烤和店外烧烤。

5）实施加油站、储油库油气回收检查[3]。对发现的油气回收设施不健全、运行不正常等违法行为依法查处，责令停业整治。

6）加快推进产业结构调整，压减煤电，加快清洁能源替代进程。在条件允许的地区，可大力发展风电，减少对煤电的依赖。另外，还可通过阶段性电费计价的形式来缩减电能的使用，这样也能达到节能减排的目的。

7）优化发展方式，改进工艺设计，在火电、钢铁水泥建材、焦化、有色、石油炼制、化工、农药医药、包装印刷等重点行业实施清洁生产[4]，减少污染物排放。

8）实施重点涉VOCs企业管控。重点管控时段开展重点涉VOCs企业产物环节和工序摸排统计和管控督导。可在重点监控企业周边设置监测点，随时把握污染物排放的动态，如果超过了标准，则要重点的进行处罚，以此来形成警示。