遵义市中心城区臭氧污染特征分析

杨云云

（遵义市生态环境局桐梓分局，贵州 遵义 563200）

0 引言

近年来，遵义市环境空气臭氧型污染占比越来越高，对臭氧污染特征和相关性的研究也越来越被广大的学者注意，ZHAO H.CHEN L.KUMAR M等，从相互作用、浓度变化特征、时空分布等多方面对臭氧进行研究，高莎等利用SPSS分析软件，对臭氧浓度时间变化规律和空间分布进行了相关研究。结果表明，臭氧污染在夏季最高，冬季最低，其日变化呈单峰型分布，最低浓度出现在日出前，最高浓度出现在午后。在空间的分布上，臭氧则呈现出中心城区低而郊区高的特征。此外，气象条件的变化对臭氧质量浓度影响较大，这与相关研究结果相吻合，大气压降低、气温增加、风速增大等气象条件变化都会加快臭氧的生成。

1 研究区概况

遵义市中心城区共设立5个国控点，分别为丁字口、干田坝、忠庄、舟水桥和凤凰山，5个国控点均匀分布于遵义市中心城区，能够客观反映市区环境空气质量状况。遵义市中心城区环境空气监测点位图详见图1。

图1 遵义市中心城区环境空气质量监测点位示意图

2 数据来源及处理

2.1 臭氧数据处理说明

本文数据的小时均值采用后计时模式，即某小时均值为该整点时刻后1小时内污染物浓度的算术平均值，臭氧的日均值评价数据采用臭氧8h，即以一天中最大的连续8h臭氧浓度均值作为评价这一天臭氧污染水平的标准。

2.2 气象数据处理说明

本文选取的气象参数小时均值为开展在线监测以来，各站点自带的气象参数数据采集仪器获取的气象参数，包括大气压强、相对湿度、气温、风速。由于在长期的监测工作中，气象参数只作为辅助参考的数据，以至于气象参数缺失较多，在进行空白值、离群值等相关筛选后方用于数据分析；气象参数的日均值则来自气象部门统计数据。

3 臭氧污染特征分析

3.1 年度变化情况

根据遵义市2014年开展臭氧监测以来的在线监测数据，遵义市建成区五个大气国控站点臭氧年均值见表1，其年均值变化趋势见图2。

图2 遵义市大气国控点O3日均值变化图

表1 遵义市2014~2019年O3年均值μg/m3

臭氧2014~2019年的年均浓度值变化不明显，最高年份为2016年，浓度82μg/m，浓度最低年份为2017年，浓度67μg/m，此后年均浓度值呈现震荡上升的趋势。

由图2可知，臭氧浓度日均值的年度变化均呈现出明显的倒“U”型分布规律，2018年之前，臭氧未出现污染天气，从2018年开始，每年夏秋季节的臭氧峰值呈升高趋势，其中，2018年出现臭氧污染天气2d，2019年出现臭氧污染天气3d；每年4~9月为臭氧浓度峰值容易出现的月份，这与太阳辐射强度有关，每年4~9月为遵义市高温少雨时节，云量减少，气温升高，太阳辐射增强均有利于臭氧生成。

3.2 月变化情况

由监测数据和趋势图可知，臭氧质量浓度的月变化呈现出二、三季度高，一、四季度低。如图3所示。

图3 遵义市臭氧浓度月变化

分析遵义市2014~2019年中心城区5个国控点逐日臭氧监测数据月变化情况，呈现出冬春季节浓度低，夏秋季节浓度高的总体特征，4月中旬西南季风北上，阴云密布天气减少，晴间多云日数增多，温度显著上升，臭氧浓度开始急剧升高，极易出现臭氧污染天气，日均浓度在5~6月份会有所降低，这与遵义市夏季雨热同期的气候特征紧密相关，5~6月是长江流域的梅雨天气，降雨量增多的同时，高温时段太阳辐射减弱，臭氧浓度会出现降低的现象。臭氧的日均浓度峰值通常出现在8月，由于每年7~9月为遵义市高温少雨时节，云量减少，气温升高，太阳辐射增强等均有利于臭氧生成，引发臭氧污染天气。9月后夏季风逐渐减弱南退，冬季风逐渐增强南下，持续的秋雨天气便开始在遵义出现，臭氧浓度又回到较低水平。

3.3 臭氧浓度日变化情况

遵义市臭氧每日变化趋势呈单峰分布模式，小时浓度最低值出现在早上6-8点之间，之后浓度迅速抬升，午后14~16点出现峰值，18时左右浓度迅速下降，光照越强、气温越高，臭氧浓度越高。臭氧浓度迅速抬升的时段为遵义市太阳光照最强、气温最高时段，太阳辐射和气温是影响臭氧浓度的重大因素，6~10月，臭氧峰值出现时间多在14~15点，12月~次年4月，臭氧峰值出现的时间多为15~16点，即温度较低的时候，峰值会后延0.5h左右，这也一方面反应气温、气压等还能影响臭氧前体物的转换速率。臭氧小时浓度均值变化见图4。

图4 遵义市国控点臭氧小时浓度均值变化图

3.4 空间插值分析

为更直观地反映遵义市中心城区2014~2019年臭氧质量分布特征，分别采用克里金法、反距离权重法和样条函数法等对O进行空间插值分析，结果表明反距离权重法更适合于遵义市中心城区O的空间插值分析，其制图效果也更能反映分布现状。图5为遵义市中心城区臭氧的空间插值分析图。

图5 O3空间插值分析图

由图5可以看出，遵义市中心城区臭氧污染在不同的区域存在一定差异，整体上呈现中心城区臭氧浓度低（丁字口），郊区（凤凰山公园）臭氧浓度高的趋势。五个站点中，凤凰山站点臭氧浓度最高，丁字口站点臭氧浓度最低。浓度最高的凤凰山站点植被最好，受到高空输送影响比较大，受人为活动影响相对较小，除臭氧外的其余五参数最低值均在该站点；臭氧浓度最低的丁字口站点车流大，红灯多且该站点周边还存在冬季燃煤取暖情况和夜市烧烤街等。

4 遵义市臭氧相关性分析

4.1 臭氧日均值相关性分析

选取2016~2019年臭氧日均值与对应地面常规气象参数进行相关性分析。如果相关参数存在数据缺失，那该日均值数据将被剔除，最后剩余日均值数据样本量为1667组。其相关性分析结果见表2。

由表2可知臭氧与平均气温、最高气温、最低气温、降水量、相对湿度、日照时数、平均总云量、平均风速等气象参数均呈现显著相关关系。其中与气温、日照时数、风速呈正相关关系，与降水量、相对湿度、平均总云量呈负相关关系。从相关程度上来看，O与气象参数中的最高气温、相对湿度、日照时数、平均总云量的相关性较好，相关系数分别为0.512、-0.662、0.639和-0.406，说明大气边界层条件对臭氧的影响较大，气温升高、总云量降低、日照时数的增加，均有利于臭氧前体物的转化。

表2 臭氧与气象参数的相关性分析（日均值）n=1667

4.2 臭氧小时均值相关性分析

选取2014~2019年各站点小时均值进行相关性统计分析，如果相关参数存在数据缺失，那么该小时的数据将被剔除，最后剩余小时数据样本量为109055组，其相关性分析结果见表3。

由表3可知臭氧小时均值与其他污染因子之间以及与气温、大气压强、风速和相对湿度均呈现显著相关关系（P＜0.001），其中，臭氧与二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物、细颗粒物、一氧化碳和气象参数中的大气压强、相对湿度呈负相关关系，与气象参数中的风速、气温呈正相关关系，这与另外几项污染因子正好完全相反；从相关程度上来讲，臭氧与氮氧化物、一氧化碳相关性较好，相关系数分别为-0.440和-0.299，这与氮氧化物和一氧化碳同为臭氧生成的前体物有关；臭氧与气象参数中的气温和相对湿度有较高的相关性，相关系数分别为0.369（P＜0.001）和-0.663（P＜0.001），说明气温和相对湿度对臭氧的影响较大，随着气温的升高，大气中的光化学反映愈加强烈，引起臭氧浓度上升，而空气中相对湿度的增加则在一定程度上能抑制臭氧的形成。

表3 臭氧相关性分析（小时值）n=109055

5 结论

通过研究分析，结论如下：

（1）2014~2019年，O浓度变化幅度不大，但在近两年有上升趋势；O浓度在每年4~9月处于较高位置；O每日小时浓度变化呈现明显的单峰型变化，最高浓度通常与每日光照强度和最高气温同一时段出现，峰值时间13：00~16：00，最低浓度出现在凌晨5：00~6：00。

（2）遵义市中心城区近年来O作为首要污染物的天数在逐年增加，且从2018年开始出现臭氧超标的情况，空气污染已由原来的颗粒物污染向复合型污染转变。

（3）五个站点中，凤凰山站点臭氧浓度最高，丁字口站点臭氧浓度最低，整体上呈现中心城区臭氧浓度低（丁字口），郊区（凤凰山公园）臭氧浓度高的趋势。

（4）O和NO在年均值、日均值上的相关性不明显，但在小时均值上出现明显的相关性，呈明显负相关。在样本量增大一个量级的情况下，各污染物之间的两两相关性均降低，但臭氧与一氧化碳、氮氧化物的相关性反而升高。

（5）O与气象参数中的最高气温相关性最高，与气象参数中的相对湿度、日照时数、平均总云量的相关性较好，说明大气边界层条件对臭氧的影响较大，气温升高、总云量降低、日照时数的增加，均有利于臭氧前体物的转化。