南瑞賢

(山西省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和應(yīng)急保障中心，山西 太原 030027)

近年來，城市PM2.5污染有所改善的同時臭氧呈上升趨勢。高濃度臭氧會對人體呼吸系統(tǒng)和心臟系統(tǒng)造成危害，同時降低植物的生長力[1]。對于臭氧的來源問題，目前已經(jīng)有了較為一致的研究結(jié)果，即，城市中人類工業(yè)生產(chǎn)和生活活動頻繁，NOx和VOCs等臭氧前體物排放量大，在夏秋季等氣溫較高、光照較為強(qiáng)烈的氣象條件下，臭氧生成速率加快，有利地推高了空氣中臭氧濃度[2]。

山西省是煤炭資源大省，而且是首個能源革命綜合改革試點，雖然近年來全省環(huán)境空氣質(zhì)量狀況有了明顯改善，但受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、機(jī)動車保有量增長等多項因素影響，生態(tài)環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻。山西省空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2018年-2019年，臭氧是六項污染物中超標(biāo)天數(shù)增長最多的污染物。為此，針對山西省臭氧污染防治問題探討及工作推進(jìn)迫在眉睫。

本文對山西省國控點位的臭氧污染時空變化特征進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)卣贫ㄇ袑嵖尚械沫h(huán)境管理政策提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

臭氧濃度以日最大8小時滑動平均值第90百分位數(shù)計算。數(shù)據(jù)來自2018年-2019年山西省11個地級市的55個國家環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位，地理位置介于北緯34°34′～40°44′，東經(jīng)110°14′～114°33′之間。每個地市點位介于3個～9個，每個點位均位于各城市的建成區(qū)內(nèi)。

1.2 評價方法

評價方法按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ633-2012)嚴(yán)格執(zhí)行。

2 結(jié)果及分析

2.1 山西省臭氧超標(biāo)情況分析

對2018年-2019年的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明山西省臭氧超標(biāo)情況整體呈現(xiàn)上升趨勢。其中，2018年全省臭氧質(zhì)量濃度為167 μg/m3，超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，其中，大同市、朔州市、呂梁市、忻州市達(dá)標(biāo)，其余7市均不達(dá)標(biāo)。2019年全省臭氧質(zhì)量濃度為180 μg/m3，僅大同市、朔州市達(dá)標(biāo)，其余9市均超標(biāo)，且臨汾市質(zhì)量濃度最高，超標(biāo)44 μg/m3。

同時對2018年-2019年的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計可以看出，以臭氧為首要污染物的天數(shù)持續(xù)增加。第183頁表1給出了2018年-2019年臭氧超標(biāo)天數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果。由表1可知，2018年11個城市中臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)在19 d～84 d，2019年在17 d～103 d。當(dāng)前影響山西省環(huán)境空氣質(zhì)量的主要染污物仍然是PM2.5，但從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，全省11個地市2019年臭氧為首要污染物的天數(shù)較2018年增加了180 d，而PM2.5為首要污染物的天數(shù)僅增加了24 d；2019年臭氧的超標(biāo)天數(shù)較2018年增加189 d，而PM2.5的超標(biāo)天數(shù)僅增加了14 d；2019年臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)較2018年增加了186 d；2019年臭氧百分位數(shù)同比上升7.8%，而PM2.5平均濃度同比下降2.0%。由此可見，PM2.5污染有所改善，但臭氧卻呈上升趨勢。

表1 2018年-2019年臭氧超標(biāo)天數(shù)統(tǒng)計

2.2 山西省臭氧污染空間變化

臭氧百分位數(shù)在不同區(qū)域的分布情況表現(xiàn)出不同的特征。圖1給出了2018年-2019年各城市的臭氧百分位數(shù)變化情況，11個城市的臭氧百分位數(shù)均存在不同程度的上升，且空間分布特征基本一致。北部地區(qū)大同市、朔州市相對較低，2018年與2019年均達(dá)標(biāo)，但整體呈現(xiàn)升高趨勢；南部地區(qū)晉城市、臨汾市較高，2018年與2019年均不達(dá)標(biāo)，且在11個地市中臭氧百分位數(shù)最高。

圖1 2018-2019年11個城市臭氧百分位數(shù)變化情況

可按照臭氧濃度的趨勢及各城市平均氣溫的變化將山西省劃分為三個區(qū)域：西北部地區(qū)為大同市、朔州市、呂梁市，中東部地區(qū)為太原市、忻州市、晉中市、陽泉市，南部地區(qū)為臨汾市、運城市、長治市、晉城市。按照此區(qū)域劃分，圖2給出了統(tǒng)計結(jié)果。圖2可見，三個區(qū)域的臭氧百分位數(shù)均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趨勢。

圖2 2018-2019年區(qū)域臭氧百分位數(shù)變化情況

2.3 山西省臭氧污染時間變化特征

一般而言，晴空少云、太陽紫外輻射強(qiáng)、氣溫偏高、濕度較小、風(fēng)速較弱等均是有利于臭氧化學(xué)反應(yīng)生成的氣象條件[3]。夏季高溫、高輻射等條件加快了光化學(xué)反應(yīng)速率，臭氧濃度上升明顯。山西位于中國華北地區(qū)，是典型的北方省份，大氣污染較為嚴(yán)重，因此山西省各城市均呈現(xiàn)出夏季的臭氧濃度偏高于秋、冬季。根據(jù)全年1月至12月的臭氧濃度變化情況統(tǒng)計分析，2018年11個城市的臭氧百分位數(shù)均值在5月至8月期間均不達(dá)標(biāo)，2019年在5月至9月不達(dá)標(biāo)，其中，6月份臭氧百分位數(shù)均值最高，9月份同比上升幅度最大。1月、12月和11月的臭氧百分位數(shù)均值較低，可達(dá)濃度限值的一級標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)2018年-2019年6月份山西省各城市臭氧平均濃度的日變化統(tǒng)計分析可以看出，臭氧的日變化呈現(xiàn)單峰型的變化特征。夜間00∶00至早晨06∶00臭氧濃度緩慢下降，并在6∶00前后達(dá)到最低值；07∶00之后臭氧濃度快速上升，最大值出現(xiàn)在16∶00前后，隨后又表現(xiàn)為較快速下降。11個地級市的日變化有較好的一致性。夜間人為活動減弱，NOx、CO、VOCS等前體物排放減少，光化學(xué)反應(yīng)速度降低，加上夜間氣溫低，臭氧濃度在06∶00降至最低值。日出后隨著太陽輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)，氣溫升高，輻射強(qiáng)度在午后達(dá)到最大值，加上白天人為活動強(qiáng)烈，前體物排放多，光化學(xué)反應(yīng)速率最大。另外午后大氣湍流強(qiáng)度最大，上層臭氧向下層輸送作用最強(qiáng)[4]，臭氧濃度在16∶00前后升至最高。

3 結(jié)論

1)山西省臭氧超標(biāo)情況表明，各市臭氧超標(biāo)情況整體呈現(xiàn)上升趨勢，同時以臭氧為首要污染物的天數(shù)持續(xù)增加。2019年，臭氧百分位數(shù)同比上升7.8%，而PM2.5平均濃度同比下降2.0%，PM2.5污染有所改善，但臭氧卻呈上升趨勢。

2)臭氧百分位數(shù)在不同區(qū)域的分布情況表現(xiàn)出不同的特征。按照臭氧濃度的趨勢及各城市平均氣溫的變化將山西省劃分為三個區(qū)域，西北部地區(qū)、中東部地區(qū)和南部地區(qū)。三個區(qū)域的臭氧百分位數(shù)均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趨勢。

3)從山西省臭氧污染時間變化特征看，山西省各城市均呈現(xiàn)出夏季的臭氧濃度偏高于秋、冬季，其中，6月份臭氧百分位數(shù)均值最高，9月份同比上升幅度最大。臭氧的日變化呈現(xiàn)單峰型的變化特征，00∶00至早晨06∶00臭氧濃度緩慢下降，并在6∶00前后達(dá)到最低值；07∶00之后臭氧濃度快速上升，最大值出現(xiàn)在16∶00前后，隨后又表現(xiàn)為較快速下降。