淺談青島市光化學(xué)煙霧和臭氧污染產(chǎn)生的影響因素

丁艷　譚景祥　曲偉

摘要 本文通過對(duì)2013-2015年青島市區(qū)的臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，介紹了臭氧污染總體特征。闡述了太陽輻射強(qiáng)度、溫度、濕度、風(fēng)速等氣象條件對(duì)光化學(xué)煙霧和臭氧污染生成的影響；VOCs組分中烯烴類對(duì)臭氧的生成貢獻(xiàn)能力遠(yuǎn)高于烷烴和芳香烴。

關(guān)鍵詞 光化學(xué)煙霧；臭氧；氣象；太陽輻射強(qiáng)度；VOCs

日常所說的臭氧污染感官上的反應(yīng)就是光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧的實(shí)質(zhì)是大氣中的氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谔栕贤饩€的照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，參與這過程的各污染物的混合物共同導(dǎo)致大氣呈現(xiàn)刺激性的藍(lán)色或棕色煙霧彌漫，能見度顯著降低。因此，臭氧作為光化學(xué)煙霧中的一個(gè)重要中間產(chǎn)物2013年被納入環(huán)境監(jiān)測的“雷達(dá)屏幕”，而自監(jiān)測以來，臭氧成為國內(nèi)許多城市夏季環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物。氣溫、太陽輻射、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象條件也是影響光化學(xué)反應(yīng)即臭氧生成的重要因素，夏季的臭氧濃度高于冬季，通常在高壓系統(tǒng)的影響下，晴天少云、紫外輻射強(qiáng)、相對(duì)濕度低、氣溫高且風(fēng)速較小時(shí)容易產(chǎn)生高濃度臭氧。

現(xiàn)已確知，汽車尾氣以及石油和煤燃燒的廢氣是形成光化學(xué)煙霧的主要污染源，青島市臭氧濃度也必然處于升高的趨勢。

1.監(jiān)測資料

對(duì)2013-2015年青島市區(qū)的臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采樣地點(diǎn)分布在青島市區(qū)6個(gè)行政區(qū)域內(nèi)，共13個(gè)環(huán)境空氣監(jiān)測站點(diǎn)，24h連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測。臭氧觀測采用美國AH400E紫外吸收臭氧分析儀，原理是利用臭氧對(duì)254nm紫外光的吸收，前后產(chǎn)生不同強(qiáng)弱電響應(yīng)。同步VOCs數(shù)據(jù)采用嶗山區(qū)環(huán)境空氣綜合監(jiān)測站的Airmozone分析系統(tǒng)觀測資料；氣象資料中氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)采用伏龍山氣象站的觀測資料，太陽輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)采用青島市環(huán)境監(jiān)測中心站樓頂?shù)臍庀笥^測資料。

2.結(jié)果分析

2.1分析的前提

本次分析建立在青島城市人口的增加、經(jīng)濟(jì)、生活的發(fā)展，一次污染物氮氧化物和碳?xì)浠锏呐欧欧€(wěn)步增加的假設(shè)下。

2.2臭氧污染特征

2013-2015年，3年中青島市區(qū)臭氧日最大8h滑動(dòng)均值的第90百分位數(shù)分別為115ug/m3、150ug/m3、147ug/m3，2014年最高。從臭氧日最大8h滑動(dòng)均值可以看出臭氧濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)波動(dòng)，一般在5-10月濃度較高，夏季尤為明顯，冬季則維持在較低水平；臭氧濃度小時(shí)值變化大致呈現(xiàn)單峰型變化規(guī)律，白天濃度高，夜間濃度低，早上8點(diǎn)開始臭氧濃度迅速升高，至中午15點(diǎn)前后達(dá)到高峰，隨后緩慢降低。

2.3氣象條件影響

2.3.1太陽輻射強(qiáng)度

太陽輻射強(qiáng)度的日變化為早上5點(diǎn)起太陽輻射逐漸增強(qiáng)，至中午12點(diǎn)達(dá)到最高值，之后逐步下降，夜間太陽輻射降至最低并維持穩(wěn)定。臭氧濃度的日變化曲線較太陽輻射整體推后3h，即早上8點(diǎn)開始濃度升高，在下午15點(diǎn)左右達(dá)到峰值，之后不斷下降，至次日早上7點(diǎn)降至最低。

2.3.2溫度與濕度

臭氧濃度隨著氣溫的升高而升高，且大于100ug/m3的臭氧小時(shí)濃度多發(fā)生在氣溫25℃以上。在相對(duì)濕度0～60%區(qū)間，臭氧濃度隨濕度的增長大致呈現(xiàn)升高趨勢，但相關(guān)性不顯著，其中20%～40%之間也出現(xiàn)了較高濃度的臭氧；在相對(duì)濕度60%～100%區(qū)間，臭氧濃度隨濕度的增長顯著降低，且高度相關(guān)。

2.3.3風(fēng)速風(fēng)向

由于風(fēng)速、風(fēng)向在不同高度層的差異和局部地形的差異，不具備普遍的代表性，總體而言高濃度的臭氧主要發(fā)生在風(fēng)速為4m/s左右。

2.4VOCs濃度影響

以往研究表明，青島市臭氧生成主要受VOCs控制，大氣VOCs各組分對(duì)臭氧生成的貢獻(xiàn)不同。分別采用OH自由基消耗速率和增量反應(yīng)活性兩種方法對(duì)2014年7月-8月青島市大氣中的部分VOCs物種的臭氧生成貢獻(xiàn)進(jìn)行分析：烯烴的臭氧生成貢獻(xiàn)最高，占VOCs總貢獻(xiàn)的70%以上，烷烴和芳香烴均在10%～20%之間。青島市大氣VOCs組分中烯烴的臭氧生成貢獻(xiàn)遠(yuǎn)高于烷烴和芳香烴，這與天津、廣州地區(qū)的研究結(jié)果相似，而上海和深圳地區(qū)則主要以芳香烴最高。VOCs優(yōu)勢物種的臭氧生成貢獻(xiàn)結(jié)果顯示，乙烯、順二丁烯、丙烯、乙苯的貢獻(xiàn)較高。因此，控制烯烴類揮發(fā)性有機(jī)物的排放可有效降低臭氧的生成，對(duì)臭氧污染的控制有重要作用。

3.結(jié)論

1）在青島市一次污染物氮氧化物和碳?xì)浠锏呐欧疟３植蛔兓蚍€(wěn)步增加的前提下，光化學(xué)煙霧和臭氧污染持續(xù)總體升高的態(tài)勢不會(huì)逆轉(zhuǎn)。

2）2013-2015年，青島市區(qū)臭氧日最大8h滑動(dòng)均值90%在115ug/m3～150ug/m3，在2014年達(dá)到最高值。臭氧濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)波動(dòng)，一般在5～10月濃度較高，夏季尤為明顯；小時(shí)值變化大致呈現(xiàn)單峰型變化規(guī)律，白天濃度高，夜間濃度低。受光化學(xué)煙霧和臭氧污染受太陽輻射強(qiáng)度和溫度影響顯著。

3）青島地區(qū)光化學(xué)煙霧和臭氧污染最佳的生成條件為：夏季較強(qiáng)的太陽輻射、氣溫25℃以上、相對(duì)濕度低于60%、風(fēng)速低于4m/s、偏南風(fēng)。

4）-OH自由基消耗速率和增量反應(yīng)活性兩種方法分析都表明：VOCs組分中烯烴類對(duì)的臭氧生成貢獻(xiàn)能力遠(yuǎn)高于烷烴和芳香烴。但具體到VOCs各組分污染源的細(xì)分尚屬空白，對(duì)VOCs排放的監(jiān)管工作任重而道遠(yuǎn)。