重慶城區與郊區臭氧的對比及氣象的相關性分析

劉 萍，余家燕，黃 偉，劉 敏

（重慶市環境監測中心，重慶 401147）

臭氧在地氣系統的物理化學變化中充當著重要角色，它在平流層吸收太陽發出的紫外輻射，不僅阻止了大量對人類和地球生態系統頗具殺傷力的短波輻射到達地面，而且改變了透入對流層太陽輻射的光譜分布［1］。然而隨著重慶城市化快速發展，人類活動的不斷增強，經濟的迅猛發展，近地面的臭氧濃度不斷上升，高濃度臭氧可以危害人體健康，破壞植被，造成農作物的減產［2］。本文對比了重慶城區與遠郊地區臭氧的時空變化特征以及氣象條件對臭氧的影響。

1 材料與方法

監測點位布設在縉云山（E：106°22.717′，N：29°49.697′，海拔為850m）國家級自然風景保護區內，作為重慶主城區的清潔對照點。另外一個點位在楊家坪（E：106°30.707′，N：29°30.984′，海拔為450m），位于重慶市九龍坡區環保局內，居商混合區，作為高密度人口臭氧監測代表點位。

監測儀器為法國ESA O342M型，監測方法為紫外光度法。

2 結果與討論

2.1 臭氧濃度的日變化特征

縉云山、楊家坪兩地臭氧的季節日變化特征見圖1和圖2。

圖1 縉云山臭氧的季節日變化特征

圖2 楊家坪臭氧的季節日變化特征

從圖1和圖2可以看出，按照常規的3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。從這4個季節來看，縉云山和楊家坪的趨勢基本一致，夏季＞春季＞秋季＞冬季，這與其他地區的結果基本一致。從時刻變化上來看，2個站點的24h的濃度變化趨勢基本一致，最大值一般出現在下午16：00～18：00。這說明重慶4個季節的臭氧變化形式基本一致，表現為夜間臭氧維持較低的濃度水平，白天由于光化學反應強烈造成臭氧濃度處于較高水平，4個季度均在16：00達到最大值。這說明在夜間氮氧化物濃度夜間積累到較高程度，日出后，NO2參與光化學反應使臭氧濃度增加，在午后達到極大值。夜間，一切光化學反應均被關閉，白天形成的臭氧因開始氧化NO為NO2而消耗［3］，因此夜間的臭氧濃度水平較白天低。

夏季臭氧濃度在2個測試地點都明顯高于其他季節，這與夏季較強的太陽輻射而導致臭氧的光化學生成較快有直接關系。但是比較2個站點的夏季日變化曲線，主要有以下差異：第一，縉云山和楊家坪的最低質量濃度的不同，分別為0.07mg／m3和0.02mg／m3，而最高質量濃度分別為0.156mg／m3和0.099mg／m3，增長幅度為 0.086mg／m3和0.079mg／m3，這表明重慶城區楊家坪點位的光化學作用與臭氧的消耗都要高于縉云山；第二，楊家坪夜間的濃度水平較低，而縉云山夜間濃度水平較高。這說明楊家坪臭氧濃度依賴于臭氧的前體物NOx，VOCs，CO等，白天城區的NOx和VOCs的濃度水平較高，經過光化學作用生成臭氧，因此從圖2可以看出，從上午9：00～16：00臭氧濃度逐漸增加，這段時間與光化學作用過程相吻合［4］。而縉云山從上午11：00開始臭氧持續增加，直至18：00達到最大值，持續時間為9h，出峰時間的嚴重滯后和積累時間的延長都表明縉云山還有其他重要來源。

2.2 臭氧濃度的月變化特征

縉云山、楊家坪兩地臭氧監測點位月均值濃度變化趨勢對比見圖3。臭氧濃度月變化趨勢特征見圖3。

圖3 臭氧監測點位月均值濃度變化趨勢對比

圖4 UV－A月均值濃度變化特征

從圖3可以看出，縉云山與楊家坪點位均呈現6～8月臭氧濃度最高，12、1、2月臭氧濃度最低，春秋兩季次之的單峰狀總體趨勢。臭氧濃度月變化趨勢與太陽輻射的月變化趨勢（見圖4）也是一致的。重慶地區夏季氣溫高，光照強度較大，且日照時間長，而冬季陽光稀少，多陰霧天氣的地理氣候條件所致，因此在臭氧監測數據分析中呈現出一定的區域性時空季節特征［5］。

結合臭氧濃度的日變化特征和月變化特征，縉云山不管從小時濃度值還是月均值濃度都明顯高于楊家坪點位，但是兩者的變化趨勢基本一致。這是因為縉云山點位作為重慶市遠郊監測點位，海拔明顯高于主城，日照時間長且強度更甚，而縉云山無明顯污染源，車流量極小，因此臭氧耗損也較小。另外據有關文獻報道［6］，植被排放的NMHC（主要是異戊二烯和萜烯類物質［7］）能夠增加大氣化學系統的活性，使氫自由基增加，促進了臭氧的生成，這也是天然臭氧的重要來源。縉云山這個點位植被覆蓋率非常高，植被排放的NMHC較高，可以導致縉云山臭氧濃度明顯比城區高。而楊家坪點位位于九龍坡區中心地段交通密集樞紐處，汽車尾氣排放中的一氧化氮快速消耗了環境空氣中的臭氧，導致楊家坪環境空氣中的臭氧濃度較低，這與交通路邊站臭氧濃度較低［8］情況是相符的。

2.3 臭氧與氣溫、UV－A的相關性分析

臭氧與氣溫、UV－A的相關性見圖5，圖6，圖7。

圖5 臭氧與氣溫的日變化特征圖

圖7 氣溫與UV－A的日變化特征圖

從圖5和圖6可見，臭氧與氣溫之間存在較好的正相關性。在日變化規律中，臭氧的濃度隨著氣溫的升高而增加，當溫度達到最高溫時，臭氧濃度也達到了最大值。圖7可見，UV－A從早上太陽出來開始逐漸增強，一直到中午12點達到峰值，之后開始逐漸下降；而氣溫也隨著太陽輻射的增加而升高，但是氣溫要比太陽輻射滯后2～3h。然而臭氧是在太陽輻射照射下發生光化學反應而產生的二次污染，因此臭氧、氣溫和UV－A的日變化規律都有很好的相關性，氣溫和UV－A可以作為影響臭氧污染水平的重要指標。臭氧和氣溫的相關性的方程為：y＝0.024 4x－0.664 6，相關系數R為0.93。這一研究結果與其他地區相似。

2.4 臭氧與濕度的相關性分析

臭氧與濕度的相關性分析見圖8和圖9。

圖8 臭氧和濕度的日變化特征圖

圖9 臭氧與濕度的相關性

從圖8和圖9可見，臭氧濃度水平與濕度之間存在著較好的負相關性。在日變化中，隨著濕度的逐漸降低臭氧濃度逐漸升高，當濕度達到日最低時，臭氧濃度達到峰值。當然濕度的變化與氣溫、UV－A都是息息相關的，濕度隨著氣溫的上升而降低，當氣溫在下午14：00～15：00達到最高時，濕度較氣溫滯后1h達到最低值。臭氧與濕度的相關性可以用公式y＝－0.007 5x＋0.431 9來表示，相關系數R為0.92。

3 結論

（1）遠郊縉云山點位小時濃度值和月均值濃度均高于城區楊家坪點位，縉云山作為市區環境質量清潔對照點以及市區環境質量評價點，其周圍環境狀況與城區楊家坪不同，表明臭氧作為二次污染物的濃度水平與前體物的一次污染物的濃度不一致。

（2）臭氧濃度呈現出典型的季節性變化。臭氧濃度最高季節為夏季，春秋季次之，冬季臭氧濃度最低。而臭氧小時濃度值變化呈現明顯的日變化規律，白天濃度高，夜間濃度低，一般在下午16：00～18：00達到峰值。

（3）臭氧與氣溫、UV－A之間存在較好的正相關性，氣溫和UV－A可以作為影響臭氧污染水平的重要指標；臭氧與濕度之間存在較好的負相關性，隨著濕度的逐漸降低臭氧濃度逐漸升高。

［1］安俊琳.北京大氣臭氧濃度變化特及其形成機制研究［D］.南京：南京信息工程大學，2007.

［2］黃志新.上海市郊春季臭氧及其前體物觀測研究［J］.環境科學與技術，2011，5（34）：87－89.

［3］吳瑞霞，浦一芬，張美根，等.北京市夏季臭氧變化特征的觀測研究［J］.南京氣象學院學報，2005，5（28）：690－694.

［4］馬志強，王躍思，張小玲，等.北京城區與下游地區臭氧對比研究［J］.環境科學，2011，4（32）：924－929.

［5］黃 偉，余家燕，劉 萍，等.重慶市城區臭氧監測狀況及現狀簡析［J］.三峽環境與生態，2010，2（3）：8－10.

［6］韓志偉，張美根，王勤根.生態NMHC對臭氧影響的數值模擬研究［A］.第九屆全國大氣環境與污染學術會議論文集［C］.北京：中國學術期刊電子出版社，2001：172－179.

［7］陳 陽，傅立新，郝吉明.城市光化學污染機理與規律研究進展［J］.上海環境科學，2000，4（19）：167－170.

［8］劉 萍，翟崇治，余家燕，等.重慶市道路交通空氣監測現狀及控制對策［J］.四川環境，2012，1（31）：37－41.