石狮市臭氧污染特征与气象因子关系的研究

陈鸿源

（石狮市环境监测站，福建 石狮 362700）

我国持续高速的经济增长及城市化进程取得显著发展同时，环境污染也日趋严重，其中，臭氧已经成为影响空气质量的主要因子[1]。本文基于2018～2020年石狮市3座省控空气自动站监测数据，分析了石狮市臭氧的变化特征及规律，并探讨了其与气象要素的相关性，以期为石狮市臭氧污染的区域防治提供参考。

1 数据资料来源

臭氧、二氧化氮、气象参数等数据来源于石狮市3座省控空气自动站，监测点位分别位于前廊村（E:118°35’56.0”，N:24°44’36.9”）、金林村（E:118°38’9.96”，N:24°43’57.0”）和宝盖山（E:118°40’5.88”，N:24°42’57.9”），其中宝盖山为对照点，其余点位为评价点。

2 结果与分析

2.1 石狮市臭氧及二氧化氮时间变化趋势

2.1.1 石狮市臭氧逐年变化趋势

在（图1）中展示了石狮市2018～2020年臭氧日最大8小时浓度（90百分位数）及臭氧超标天数分布情况，从图中可以看出，从2018～2020年石狮市臭氧浓度和超标天数都呈现下降的趋势，2018年臭氧浓度为156 µg/m3，全年超标天数为31天；2019年臭氧浓度为143 µg/m3，同比下降8.3%，超标天数为14天，同比下降54.8%；2020年臭氧浓度为118 µg/m3，同比下降17.5%，超标天数为2 天，同比下降85.7%。

图1 石狮市2018～2020年臭氧浓度及超标天数分布

2.1.2 月变化特征

石狮市臭氧和二氧化氮浓度月变化特征，从（图2）可以看出，2018年臭氧浓度4月最高，高达196 µg/m3，是近三年来月均浓度最高值，超标天数最多在10月；2019年臭氧浓度最高在9月，超标天数最多在10月；2020年臭氧浓度较为平稳，超标天数仅2天。

图2 石狮市2018～2020年臭氧浓度和超标天数逐月分布

石狮市近三年二氧化氮浓度的月变化，从（图3）中可以看出，石狮市二氧化氮浓度整体水平较低。2018年与2020年二氧化氮浓度最高均出现在3月；2019年二氧化氮浓度最高为12月。

图3 石狮市2018～2020年二氧化氮浓度逐月分布

2.1.3 日变化特征

石狮市2018～2020年臭氧浓度日变化分布，从（图4）中可以看出2018年和2019年臭氧浓度日变化曲线较一致，呈现出明显的单峰形分布特征，自0点开始下降，7点达到最低值，之后开始上升，14点达到最高值，再下降。

图4 石狮市2018～2020年臭氧浓度日变化分布

2.2 臭氧与二氧化氮相关性分析

对2018～2020年超标天数各站点臭氧浓度与二氧化氮浓度进行分析（见图5），发现臭氧与二氧化氮呈负相关关系。在14点时，臭氧浓度出现峰值，而二氧化氮值最小，二者变化规律正好相反。原因是二氧化氮是臭氧的前体物之一，在午后14点，二氧化氮在一定的太阳辐射和温度的条件下，转化成臭氧[2]。

图5 石狮市各站点2018年到2020年超标天臭氧与二氧化氮浓度日变化分布

2.3 气象要素对臭氧的影响

2.3.1 臭氧与温度的相关性分析

选取2018年超标天数较多的4～10月进行统计分析（见图 6），当温度分别为0～20 ℃、20～25 ℃和25～30 ℃时与臭氧呈负相关的关系，这可能是由于石狮市地理位置处于三面环海的缘故，温度不高时对臭氧的影响并不大；当温度大于30 ℃时，随着温度的升高，臭氧浓度明显上升，在35～40 ℃之间时，臭氧浓度达到最高值149 μg/m3。

图6 不同温度区间下臭氧分布

2.3.2 臭氧与相对湿度的相关性分析

2018年超标天数较多的4～10月臭氧浓度在不同相对湿度区间下的分布情况（见图7），当相对湿度与臭氧浓度呈现较好的负相关关系时，随着相对湿度区间的增大，臭氧浓度也逐渐降低，这是因为在高相对湿度条件下，水汽中所含的自由基会迅速将臭氧分解为氧分子，以此降低臭氧浓度[3]。当相对湿度在30%～40%之间时，臭氧浓度较高，为150 μg/m3；当相对湿度处于90%～100%之间时，臭氧浓度最低，仅有42 μg/m3。

图7 不同相对湿度区间下臭氧分布

基于以上分析，进一步结合温度与相对湿度两个要素对臭氧的影响（见图8）来看，可以发现臭氧高值点大都分布在温度24～36 ℃与相对湿度40%～60%区间内。结合温度与相对湿度两者之间的关系（见图9）来看，当温度升高，相对湿度呈现先上升后降的趋势，当温度在20～30 ℃时，相对湿度可高达80%左右，这也印证了前面提到的当温度在0～30 ℃之间逐渐上升时，臭氧浓度却呈现下降的趋势，这是因为受到高湿条件的影响。

图8 温度与相对湿度对O3浓度的综合影响

图9 温度与相对湿度的相关关系

2.3.3 臭氧与风速风向的相关性分析

进一步统计分析不同风速、风向区间下臭氧浓度的分布情况，随着风速区间的增大，臭氧浓度也逐渐升高，当风速区间为6-8 m/s时，臭氧浓度最高，为89 μg/m3（见图10）；当风向在东北-东-东南方向时，臭氧浓度较高，其中东风方向最高，为108 μg/m3（见图11）。

图10 不同风速区间下臭氧浓度特征图

图11 不同风向上臭氧浓度特征

石狮市2018～2020年臭氧超标日下污染玫瑰图（见图12），从图中可以看出，臭氧超标日情况下主导风向为东北风，西风方向出现频率最低。臭氧小时值的高值区域大都分布在南风方向，其次是东南-东方向，这也与石狮市常年主导风向吻合。另一方面，臭氧超标日下小时风速基本分布在0-10 m/s区间内，少数分布在10-15 m/s，极少数甚至超过15 m/s。

图12 臭氧超标日下的风向玫瑰图

3 结论

本文针对石狮市2018～2020年臭氧污染特征及气象要素的影响进行统计分析，主要得出以下结果：

（1）石狮市2018年臭氧日最大8小时浓度（90百分位数）及超标天数均最高，其次是2019年，2020年最低。其中4月与10月臭氧污染最严重；

（2）石狮市臭氧浓度峰值出现在14点，与二氧化氮呈负相关关系；

（3）臭氧高值点大都分布在温度24～36 ℃与相对湿度40%～60%区间；

（4）相对湿度对臭氧的影响比温度更显著，当相对湿度在30%～40%之间时，臭氧浓度最高；当风速在6-8 m/s及东风方向时，臭氧浓度最高。