全國及重點區(qū)域臭氧污染現(xiàn)狀

孟曉艷，宮正宇，張 霞，王 帥，孫 浩

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質量控制重點實驗室，北京 100012 2.廊坊市環(huán)境監(jiān)測站，河北 廊坊 065000

全國及重點區(qū)域臭氧污染現(xiàn)狀

孟曉艷1，宮正宇1，張 霞1，王 帥1，孫 浩2

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質量控制重點實驗室，北京 100012 2.廊坊市環(huán)境監(jiān)測站，河北 廊坊 065000

分析2013—2016年中國開展臭氧(O3)監(jiān)測的338個城市(港、澳、臺不在統(tǒng)計范圍)O3污染現(xiàn)狀和時空變化特征，結果表明：中國城市O3污染日益突出，2015年54個城市O3超標，75.9%的O3超標城市位于京津冀及周邊、長三角、珠三角區(qū)域，O3區(qū)域污染特征顯著。74個城市O3濃度整體呈上升趨勢并向高值區(qū)集中，京津冀區(qū)域O3污染最為嚴重。O3污染季節(jié)變化特征明顯，O3污染主要集中于5—10月，京津冀、長三角和珠三角區(qū)域O3最高超標天數(shù)分別出現(xiàn)在6、5、10月。建議加強O3成因分析，建立O3污染控制策略，有效應對O3污染，實現(xiàn)科學減排。

臭氧；重點區(qū)域；濃度特征；控制途徑

近地面臭氧(O3)是影響城市環(huán)境空氣質量的重要污染物，人類活動所產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)、揮發(fā)性有機物(VOCs)等在大氣中經(jīng)光化學反應生成O3等二次污染物[1-2]。O3濃度的升高不但對生態(tài)環(huán)境及人體健康帶來直接破壞性影響，還會加速PM2.5等污染物的轉化形成，進一步影響環(huán)境空氣質量[3-5]。2012年我國頒布了《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012)[6]，全國338個地級及以上城市(以下簡稱338個城市)相繼開展了O3監(jiān)測。監(jiān)測結果[7]表明，以O3為首要污染物的超標天數(shù)比例已超過PM10而僅次于PM2.5，成為繼PM2.5后困擾城市環(huán)境空氣質量改善和達標管理的另一種重要二次污染物，給環(huán)境保護部門和各級人民政府帶來巨大的壓力。

本文利用2013—2016年國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測網(wǎng)中實施環(huán)境空氣質量新標準監(jiān)測的338個城市O3監(jiān)測數(shù)據(jù)(港、澳、臺不在統(tǒng)計范圍，下同)，重點分析我國城市O3污染現(xiàn)狀和時空變化特征，提出需關注的O3污染重點區(qū)域。

1 數(shù)據(jù)來源及評價方法

我國實施環(huán)境空氣質量新標準監(jiān)測分三步走，京津冀、長三角、珠三角區(qū)域及直轄市、省會城市和計劃單列市共計74個地級及以上城市(以下簡稱74個城市)率先于2013年1月1日起開展了O3監(jiān)測，2014年O3監(jiān)測城市數(shù)量為161個，自2015年起增至338個，城市分布見圖1。本文在闡述我國O3污染現(xiàn)狀和空間分布特征時采用2015年338個城市O3監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析O3濃度變化特征時采用2013、2014、2015年和2016年1—11月74個城市O3監(jiān)測數(shù)據(jù)。

注：地圖源自國家測繪地理信息局網(wǎng)址(http://219.238.166.215/mcp/Default.html)1∶400萬基本要素版《中華人民共和國地圖》(2008年6月國家測繪局制)，審圖號GS(2008)1400號。下同。圖1 338個城市O3監(jiān)測分布圖Fig.1 Distributions of 338 cities monitoring O3

城市環(huán)境空氣中O3濃度統(tǒng)計按照《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)[8]有關要求進行。其中，O3日評價采用O3日最大8 h平均質量濃度(以下以“O3-8 h”表示)；O3年評價采用全年第90百分位O3-8 h。O3-8 h二級標準限值為160 μg/m3。

2 O3污染現(xiàn)狀

2.1全國城市O3污染特征

從圖2可以看出，2015年全國338個城市第90百分位O3-8 h為62～203 μg/m3，平均值為134 μg/m3。達到一級標準的城市29個(占8.6%)，達到二級標準的城市255個(占75.4%)，劣于二級標準的城市54個(占16.0%)。劣于二級標準的54個城市中，包含京津冀及周邊區(qū)域內的城市(共計62個)24個、長三角區(qū)域內的城市(共計25個)16個、珠三角區(qū)域內的城市(共計9個)1個,占超標城市的75.9%。其中，北京市第90百分位O3-8 h最高，為203 μg/m3。

從空間尺度看，我國O3區(qū)域污染特征顯著，京津冀及周邊、長三角、珠三角區(qū)域O3污染突出，成渝地區(qū)不可忽視。

按省(自治區(qū)、直轄市)統(tǒng)計，第90百分位O3-8 h超過二級標準的有北京、山東、江蘇和上海，河北、浙江、河南等省O3濃度也較高(圖3)。同樣可以看出，京津冀及周邊、長三角區(qū)域O3污染較為嚴重。

2.274個城市O3污染特征

2.2.1 74個城市O3濃度

從圖4可見，2013—2016年74個城市空氣質量整體呈逐年好轉趨勢，SO2、NO2、PM10、PM2.5年均值和第95百分位CO日均值呈逐年下降趨勢，但第90百分位O3-8 h呈逐年上升趨勢。

圖2 2015年338個城市第90百分位O3-8 h分布Fig.2 Distributions of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 338 cities in 2015

圖3 2015年各省(自治區(qū)、直轄市)第90百分位O3-8 h統(tǒng)計Fig.3 Statistics of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 31 provinces in 2015

圖4 2013—2016年74個城市6項基本污染物濃度統(tǒng)計Fig.4 Statistics of 6 critical pollutants concentrations in 74 cities from 2013 to 2016

2013—2016年，74個城市及京津冀、長三角、珠三角三大重點區(qū)域O3濃度的最小值、最大值、平均值和第20百分位、第90百分位濃度(基于O3-8 h統(tǒng)計)如圖5所示。74個城市及京津冀、長三角區(qū)域O3濃度平均值和第20百分位、第90百分位濃度均呈上升趨勢，O3濃度最小值基本平穩(wěn)，最大值出現(xiàn)在2014年；珠三角區(qū)域O3濃度最小值、第20百分位濃度和平均值有所降低，但O3濃度最大值有所上升。對比三大重點區(qū)域O3濃度統(tǒng)計結果發(fā)現(xiàn)，三大重點區(qū)域O3濃度變化特征不盡相同，京津冀區(qū)域O3污染最為嚴重。

圖5 2013—2016年74個城市及三大重點區(qū)域O3濃度變化Fig.5 Variations of O3 concentrations in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

2.2.2 74個城市O3超標天數(shù)

74個城市和京津冀、長三角、珠三角三大重點區(qū)域的SO2、NO2、PM2.5和PM10歷年超標總天數(shù)逐年下降。從圖6可見，74個城市和京津冀、長三角區(qū)域O3歷年超標總天數(shù)逐年上升，珠三角不太明顯。2013—2016年，74個城市O3超標天數(shù)分別為1 585、1 955、2 197、2 313 d。2016年，京津冀區(qū)域13個城市O3超標天數(shù)為645 d，占74個城市O3超標天數(shù)的27.9%；長三角區(qū)域25個城市O3超標天數(shù)為890 d，占38.5%；珠三角區(qū)域9個城市O3超標天數(shù)為249 d，占10.8%，長三角和珠三角區(qū)域O3超標天數(shù)已超過PM10。

2013—2016年，74個城市第90百分位O3-8 h分別為139、145、150、156 μg/m3。從圖7可以看出，2013—2016年74個城市中第90百分位O3-8 h為105～190 μg/m3的城市個數(shù)最多，譜寬逐年變窄，低值減少，O3濃度分布逐漸向高值區(qū)集中。

這群軍中白衣天使，醫(yī)治的不僅是戰(zhàn)士們的傷口，更有戰(zhàn)士們的心靈。因有了她們的存在，在炮火飛濺的戰(zhàn)場，每個硬漢心中也赫然綻放著一朵朵紅玫瑰。

2.2.3 74個城市O3污染季節(jié)變化特征

O3的生成受光照、溫度、濕度等氣象因素影響很大[9-13]，我國O3污染具有明顯的日、季節(jié)變化特征，其中O3日濃度高值主要出現(xiàn)在13：00—18：00。從圖8可以看出，我國74個城市O3污染主要集中于5—10月，5—10月的O3污染超標天數(shù)可以占全年O3總超標天數(shù)的90%以上。從近4年的統(tǒng)計結果看，京津冀區(qū)域O3超標天數(shù)6月最高，6月O3超標天數(shù)占總超標天數(shù)的25.5%；長三角區(qū)域出現(xiàn)在5月，5月O3超標天數(shù)占總超標天數(shù)的20.0%；珠三角區(qū)域則在10月，10月O3超標天數(shù)占總超標天數(shù)的23.1%。

圖6 2013—2016年74個城市及三大重點區(qū)域O3超標天數(shù)Fig.6 Statistics of O3 nonattainment days in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

圖7 2013—2016年74個城市第90百分位O3-8 h區(qū)間城市分布Fig.7 Distributions of city quantities of the 90th percentile of O3-8 h concentrations in 74 cities from 2013 to 2016

圖8 2013—2016年74個城市及三大重點區(qū)域O3月超標天數(shù)Fig.8 Variations of O3 monthly nonattainment days in 74 cities and three key regions from 2013 to 2016

2.2.4 區(qū)域內城市間O3污染特征

從區(qū)域內部看，城市間O3污染既表現(xiàn)出相似性，也存在差異。以2016年5月14—23日京津冀區(qū)域O3污染過程為例(圖9)，在該O3污染時段，京津冀區(qū)域13個城市O3濃度普遍均高，且變化趨勢一致，5月17—22日連續(xù)6 d 大部分城市O3濃度均超過O3-8 h二級標準限值，最大O3-8 h發(fā)生在唐山，為281 μg/m3。

圖9 2016年5月14—23日京津冀區(qū)域O3濃度變化Fig.9 Variations of O3 concentrations in Beijing-Tianjin-Hebei area during May 14 to 23 in 2016

2013—2016年京津冀區(qū)域13個城市的O3濃度統(tǒng)計結果見圖10。從圖10可見，2015年京津冀區(qū)域13個城市O3濃度存在不同程度的超標，第90百分位O3-8 h為107～203 μg/m3，北京等7個城市第90百分位O3-8 h超標。O3-8 h最大值為175～283 μg/m3。從近4年O3統(tǒng)計結果看，京津冀區(qū)域O3濃度高值主要集中在北京、唐山、衡水等城市，天津、秦皇島等城市O3濃度相對較低。

圖10 2013—2016年京津冀區(qū)域13個城市的O3濃度統(tǒng)計結果Fig.10 Statistics of O3 concentrations in Beijing-Tianjin-Hebei area from 2013 to 2016

2.3O3控制途徑

1)建立O3污染控制策略，科學減排。O3作為光化學反應的產(chǎn)物，形成機理復雜，與其前體物NOx和VOCs存在非線性關系。城市環(huán)境中O3的產(chǎn)生很大程度上取決于VOCs/NOx的值[14-16]：當VOCs/NOx較小時，O3生成對VOCs比較敏感；VOCs/NOx較大時，O3生成對NOx比較敏感。很多研究都采用VOCs/NOx的值是否大于或小于8來判斷O3生成主要受VOCs還是NOx控制[17-18]。獲取O3污染重點區(qū)域的O3生成敏感性測試結果至關重要，但O3生成敏感性測試問題仍是目前備受關注的科學和工程問題，難以從短期的監(jiān)測結果得到科學的結論。而且不同區(qū)域甚至同一城市不同點位間O3生成敏感性測試結果都不盡相同。為此，應重點針對NOx和VOCs排放的各類主要污染源，建立時空多尺度的O3前體物排放清單，有針對性地確立O3污染控制策略和減排方法，實現(xiàn)NOx和VOCs科學減排。

2)加強O3成因分析。目前，我國已有338個城市、1 436個國控監(jiān)測點位開展O3監(jiān)測，另外還有16個背景站、96個區(qū)域站相繼開展O3監(jiān)測。環(huán)境保護部已初步建立了O3量值溯源質控體系，為獲得可靠的O3監(jiān)測數(shù)據(jù)提供了有效保障。O3生成是很復雜的科學問題，基于現(xiàn)有大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，可研究獲得O3污染現(xiàn)狀，與氣象因素、外來輸送及前體物濃度之間的關系，揭示我國O3和大氣氧化性的時空分布特征，診斷影響我國O3濃度的關鍵因素。

3)加強國家O3污染預報預警和重污染應急響應體系。我國已建立“全國或地區(qū)空氣質量預報信息發(fā)布系統(tǒng)”，已在顆粒物污染預報預警和重污染應急中發(fā)揮重要作用。近地面O3濃度在特定時間段已呈現(xiàn)出增高趨勢，應加強國家O3污染預報預警和重污染應急響應體系建設，及時指導并實施科學的NOx和VOCs減排工作，提示公眾減少在O3重污染空氣中的暴露時間，緩解O3污染所造成的危害。

3 結論

1)我國O3污染日益突出，338個城市中O3超標城市數(shù)量為54個，其中75.9%的O3超標城市位于京津冀及周邊、長三角、珠三角區(qū)域，O3區(qū)域污染特征顯著。

2)74個城市O3濃度整體呈上升趨勢，京津冀區(qū)域O3污染最為嚴重。近4年74個城市第90百分位O3-8 h分別為139、145、150、156 μg/m3，O3濃度向高值區(qū)集中。

3)O3污染的日、季節(jié)變化特征突出，13：00—18：00是O3濃度高值時段，O3污染主要集中于5—10月。其中，京津冀區(qū)域O3超標天數(shù)最高出現(xiàn)在6月，長三角區(qū)域出現(xiàn)在5月，珠三角區(qū)域為10月。

4)隨著我國加大力度控制和降低顆粒物(PM10、PM2.5)濃度，未來相當長的時期內，O3會成為繼PM10和PM2.5后影響環(huán)境空氣質量的突出問題。建議加強O3成因分析，建立O3污染控制策略，有效應對O3污染，實現(xiàn)科學減排。

致謝：感謝空氣自動站運維人員及數(shù)據(jù)審核復核人員的辛勤工作！感謝“我國臭氧污染態(tài)勢及控制途徑研究”課題組的指導！

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PollutionCharacteristicsofOzoneinChinaandKeyRegions

MENG Xiaoyan1, GONG Zhengyu1, ZHANG Xia1, WANG Shuai1, SUN Hao2

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China 2.Langfang Environmental Monitoring Centre, Langfang 065000, China

Through the analysis of O3concentration temporal and spatial variation characteristics over 338 cities(Hongkong, Macao and Taiwan are not included in the statistics) during 2013 to 2016, it showed that O3pollution was increasingly prominent in China.O3concentrations in 54 cities exceeded the Class Ⅱ Ambient Air Quality, and of which 75.9% cities located in Beijing-Tianjin-Hebei and the surrounding area, Yangtze River Delta and the Pearl River delta, indicated a significant regional pollution characteristics. O3concentrations of 74 cities were mainly on the rise and the proportion of the cities which had high values was becoming lager. Beijing-Tianjin-Hebei area had got the most severe O3pollution. O3pollution showed outstanding seasonal characteristics, since the pollution was mainly concentrated from May to October. Beijing-Tianjin-Hebei area had the most polluted days in June, Yangtze River Delta in May, the Pearl River Delta in October. Suggestions were proposed that we should strengthen the O3formation analysis, establish the O3pollution control strategies to effectively cope with O3pollution and to realize scientific reduction.

ozone; key regions; concentration variation characteristics; control approach

X823

：A

：1002-6002(2017)04- 0017- 09

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.04.02

2017-01-06;

：2017-03-16

國家環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項“我國臭氧污染態(tài)勢及控制途徑研究(201509002)”

孟曉艷(1982-)，女，山東萊州人，碩士，高級工程師。

宮正宇