2012～2016年煙臺(tái)市二氧化氮污染特征及影響因素分析

陳倩 王曉軍

摘要：為研究煙臺(tái)市NOz的污染特征及影響因素，對(duì)2012～2016年煙臺(tái)市12個(gè)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：2 012～2016年煙臺(tái)市NOz濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，2014年濃度最高。城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)N02各百分位數(shù)5年來(lái)均成整體下降趨勢(shì)，城區(qū)點(diǎn)NO2均值以-1.1 μg/（m³·a）速率下降，郊區(qū)點(diǎn)NO2均值呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)。煙臺(tái)市N02有顯著的季節(jié)變化特征，冬春季濃度較高，夏季濃度最低。軸承廠、西郊化工站和開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個(gè)點(diǎn)位的氮氧化物濃度遠(yuǎn)高于其余站點(diǎn)，開發(fā)區(qū)B區(qū)受機(jī)動(dòng)車尾氣影響較大，軸承廠和西郊化工站則主要受工業(yè)源的影響。第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量、機(jī)動(dòng)車保有量、溫度和相對(duì)濕度均與NOz濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，大氣壓與NO2成顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：煙臺(tái)市;二氧化氮;污染特征;影響因素

中圖分類號(hào)：X511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）2-0055-04

1 引言

在實(shí)際大氣中，通常將NO和N02合稱為NOx，各種燃燒過(guò)程最初產(chǎn)生的NOx中NO占的比例很大，但NO極易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而被氧化成NO2，因此，城市環(huán)境空氣中NO2的濃度以及其在大氣中參與的光化學(xué)反應(yīng)受到廣泛重視。

二氧化氮（NO2）作為環(huán)境空氣中的一項(xiàng)重要污染物，不僅是生成對(duì)流層臭氧及其他光化學(xué)污染物的主要前體物，另外，N02經(jīng)過(guò)一系列的光化學(xué)反應(yīng)生成硝酸鹽氣溶膠，引起城市能見度下降，加重城市污染危害，是形成灰霾的主要元兇之一[1-4]。環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)研究都表明，重污染期間大氣PM2.5的爆發(fā)式增長(zhǎng)往往與硫酸鹽、硝酸鹽等二次成分快速增長(zhǎng)有關(guān)。根據(jù)最近研究表明，除了S02、N02等氣體前體物分別轉(zhuǎn)化為硫酸鹽、硝酸鹽等二次成分的機(jī)制外，還存在這些成分之間的相互影響，如N02促進(jìn)S02加快轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，產(chǎn)生“1+1>2”的大氣污染生成效果。

本文基于2012～2016年煙臺(tái)市12個(gè)空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的在線數(shù)據(jù)，分析了煙臺(tái)市近地面NO2濃度變化特征，特別就N02在不同季節(jié)不同區(qū)域的變化情況進(jìn)行了對(duì)比，得出了一些基本規(guī)律，為了解該市NO2污染特征及深入研究提供資料和依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所使用的各項(xiàng)污染物（NO、NO2、03）的濃度數(shù)據(jù)均來(lái)源于煙臺(tái)市12個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（6個(gè)國(guó)控點(diǎn)和6個(gè)省控點(diǎn)）監(jiān)測(cè)設(shè)備的在線數(shù)據(jù)。設(shè)備在運(yùn)行期間嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T193 - 2005）[5]定期進(jìn)行校準(zhǔn)和質(zhì)控操作，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有效性嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ GB3095 - 2012）[6]和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ663 -2013）[7]執(zhí)行。

2.2 統(tǒng)計(jì)分析方法

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（ AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》[8]將NO2日均值劃分5個(gè)級(jí)別：優(yōu)（0～40 μg/m³）、良（41～80 μg/m³）、輕度污染（81～180μg/m³）、中度污染（181～280 μg/m³）和重度及以上污染（281μg/m³以上），并按照該規(guī)定對(duì)NO2進(jìn)行逐日等級(jí)劃分。

3 結(jié)果與討論

3.1 N02濃度的年際變化分析

3.1.1 市區(qū)濃度年際變化

從圖1所示2012～2016年煙臺(tái)市NO2年均值及第98百分位數(shù)變化情況來(lái)看，2012～2014年NO2濃度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，2015年濃度下降明顯，且2016年濃度與2015年基本持平。說(shuō)明自2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布“大氣十條”以來(lái)，煙臺(tái)市緊緊圍繞環(huán)境空氣質(zhì)量改善目標(biāo)，大力推進(jìn)大氣污染防治的各項(xiàng)工作，投入很大的力度實(shí)施污染減排工作，取得了積極的成效。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），煙臺(tái)市連續(xù)5年年均值均達(dá)到一級(jí)濃度限值（40 μg/m³）。

從圖2所示2012～2016年煙臺(tái)市逐日NO2等級(jí)來(lái)看，5年來(lái)，N02日均值為優(yōu)良等級(jí)的天數(shù)占絕大部分，達(dá)到污染等級(jí)的天數(shù)較少（5年達(dá)到污染等級(jí)的天數(shù)共16天）。同時(shí)可以看出，2012～2014年NO2達(dá)到優(yōu)等級(jí)的天數(shù)在逐漸減少，2015年出現(xiàn)一個(gè)較大幅度的上升;而達(dá)到污染等級(jí)的天數(shù)從2013年后出現(xiàn)逐年遞減的趨勢(shì)，這與5年來(lái)NO2濃度整體的變化趨勢(shì)較為一致。另外根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2012～2013年NO2超標(biāo)時(shí)間均集中在冬季（1月和12月），但2014～2016年出現(xiàn)超標(biāo)的時(shí)間較為分散，說(shuō)明煙臺(tái)市針對(duì)冬季采暖期燃煤鍋爐的脫硫脫硝管控取得了一定的成效。

3.1.2 城區(qū)與郊區(qū)濃度年際變化

為具體考察煙臺(tái)市不同區(qū)域NO2的變化情況，分別對(duì)城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)第5、25、50、75、98百分位NO2的變化情況進(jìn)行了分析。圖3顯示，煙臺(tái)市城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)NO2各百分位數(shù)5年來(lái)均成整體下降趨勢(shì)，尤其是城區(qū)點(diǎn)的高值區(qū)下降趨勢(shì)特別明顯，郊區(qū)點(diǎn)高值區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在2013年，相比之下，城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)低值區(qū)變化幅度相對(duì)較小。

具體來(lái)看，2013年郊區(qū)點(diǎn)N02有整體抬升的現(xiàn)象，而城區(qū)點(diǎn)濃度與去年相比基本持平;2014年郊區(qū)點(diǎn)高值區(qū)下降幅度較大，城區(qū)點(diǎn)高值區(qū)下降幅度較小且低值區(qū)有所上升;2015年城區(qū)點(diǎn)跟郊區(qū)點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)濃度整體下降的趨勢(shì)，城區(qū)點(diǎn)下降幅度更大;2016年城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)在高值區(qū)變化趨勢(shì)表現(xiàn)不一致，城區(qū)點(diǎn)有小幅回升而郊區(qū)點(diǎn)繼續(xù)下降。因此，郊區(qū)點(diǎn)NO2高值區(qū)在2014年下降幅度最大，而城區(qū)點(diǎn)在2015年下降幅度最大，可見，城區(qū)點(diǎn)NO2高值區(qū)對(duì)煙臺(tái)市整體濃度影響較大。

3.2

NO2濃度的季節(jié)變化分析

按照中國(guó)氣候特征，將季節(jié)劃分為春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月至次年2月）[9]。由圖4可以看出，2012～2016年煙臺(tái)市NO。季節(jié)變化基本呈現(xiàn)冬季和春季濃度高而夏季和秋季濃度偏低的現(xiàn)象，這與高晉徽，朱彬等《2005～2013年中國(guó)地區(qū)對(duì)流層二氧化氮分布及變化趨勢(shì)》中研究得出的中國(guó)地區(qū)NO2對(duì)流層柱濃度的季節(jié)變化特征在中東部地區(qū)以及大型城市中表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季[10]的結(jié)論并不一致。從各季節(jié)不同年份的變化情況來(lái)看，冬季、秋季和夏季N02濃度變化趨勢(shì)較為一致，均在2013年出現(xiàn)最高值，從2014年開始緩慢下降;但春季NO2濃度則在2013年出現(xiàn)一個(gè)極低值，這與其他季節(jié)的變化趨勢(shì)存在一定的差異。根據(jù)煙臺(tái)市相關(guān)氣象資料統(tǒng)計(jì)，2013年春季煙臺(tái)市平均氣溫為10.8℃，比之后三年春季的平均氣溫低2.6℃，加之大風(fēng)天氣多（共出現(xiàn)11次內(nèi)陸大風(fēng)和16次海上大風(fēng)），低溫雨雪、大風(fēng)等天氣可能是2013年春季NO2濃度偏低的氣象原因。由此可見，人為源是NO2季節(jié)變化特征形成的一個(gè)重要原因，同時(shí)不可以忽視氣象條件及光化學(xué)反應(yīng)在其中所起到的作用。

3.3 NO2與03污染水平間的關(guān)系

受大氣環(huán)境中03和活性有機(jī)物以及光照強(qiáng)度、溫度、風(fēng)度等因子的影響，NO_x的化學(xué)壽命在夏季僅為4h，在冬季約為20 h，由此導(dǎo)致高濃度的NO_x主要分布在排放源區(qū)附近，使NO_x表現(xiàn)為具有局地污染的特性，如圖5日變化趨勢(shì)圖可以看出，煙臺(tái)市氮氧化物有較為明顯的點(diǎn)位差異，這種點(diǎn)位差異即與局地污染物排放有關(guān)。

其中，軸承廠、西郊化工站、開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個(gè)點(diǎn)位的氮氧化物濃度遠(yuǎn)高于其余站點(diǎn)。開發(fā)區(qū)B區(qū)的NO、NO2和NO_x濃度主要在早高峰和晚高峰時(shí)段濃度遠(yuǎn)高于其余站點(diǎn)，可以推斷開發(fā)區(qū)B區(qū)站點(diǎn)的氮氧化物主要受機(jī)動(dòng)車尾氣排放的影響較為明顯;而西郊化工站的NO濃度、軸承廠的N02濃度以及西郊化工站和軸承廠的NO_x濃度全天時(shí)段都遠(yuǎn)高于其他站點(diǎn)，基本可以推斷這兩個(gè)站點(diǎn)主要受工業(yè)源排放的影響，另外軸承廠點(diǎn)位早晚高峰時(shí)段濃度遠(yuǎn)高于其他點(diǎn)位，因此該點(diǎn)位N02濃度受機(jī)動(dòng)車尾氣的影響也較大。

大量研究已表明，N02濃度受多種因素的共同影響，其中人類活動(dòng)排放是主要影響因子，同時(shí)大氣環(huán)流、降水、風(fēng)速以及光化學(xué)反應(yīng)等對(duì)NO2濃度產(chǎn)生的影響也不可忽視。由NOx的日變化趨勢(shì)可以看出，NO的峰值出現(xiàn)在上午8：00左右，而N02早高峰的峰值出現(xiàn)在9：00～10：00時(shí)，與NO相比，峰值推遲了1～2 h，這是由于在光輻射的作用下，NO2光解產(chǎn)生的O將NO氧化成NOz導(dǎo)致;對(duì)比NOx與03的變化趨勢(shì)可知，03與NO_x呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性關(guān)系，13：00～18：00時(shí)，NO2出現(xiàn)一個(gè)低值波段，03在該時(shí)段則出現(xiàn)明顯的波峰，可見，NOx與03之間的光化學(xué)反應(yīng)對(duì)白天N02濃度的影響較大。另外，岳捷，林云萍等《利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和全球大氣化學(xué)傳輸模式研究中國(guó)東部大城市對(duì)流層NO2季節(jié)變化原因》[11]的研究表明，OH對(duì)NO2的化學(xué)清除作用是春夏季NO2濃度低的一個(gè)重要原因。

4 影響因素分析

由表l可知，N02濃度與第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量及機(jī)動(dòng)車保有量之間均成負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明煙臺(tái)市單位煤炭消費(fèi)量所排放的氮氧化物顯著減少，同時(shí)，在淘汰黃標(biāo)車及老舊車、提升油品質(zhì)量、加強(qiáng)環(huán)保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)管理等措施上也取得了新的進(jìn)展和成效。3個(gè)氣象因子中，大氣壓與N02濃度呈顯著正相關(guān)，溫度和相對(duì)濕度與NO2濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;3個(gè)氣象因子影響作用的大小表現(xiàn)為：大氣壓>相對(duì)濕度>溫度。

5 結(jié)論

（1） 2012～2016年煙臺(tái)市NO2濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì);2012～2014年緩慢上升，2015年濃度開始下降，2016年濃度與2015年基本持平。

（2）5年來(lái)，NO2為優(yōu)良等級(jí)的天數(shù)占絕大部分，達(dá)到污染等級(jí)的天數(shù)較少;其中優(yōu)等級(jí)天數(shù)先下降后上升，2014年為最低值，污染天數(shù)先上升后下降，2013年為最高值。

（3）從不同區(qū)域點(diǎn)看，城區(qū)點(diǎn)和郊區(qū)點(diǎn)NO2各百分位數(shù)5年來(lái)均成整體下降趨勢(shì)，城區(qū)點(diǎn)高值區(qū)下降趨勢(shì)特別明顯，郊區(qū)點(diǎn)高值區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，而低值區(qū)則變化幅度相對(duì)較小;從行政區(qū)域劃分看，芝罘區(qū)濃度為6區(qū)最高，高新區(qū)濃度最低。

（4）煙臺(tái)市N02有顯著的季節(jié)變化特征，冬春季濃度較高，夏季濃度最低，且夏秋季節(jié)的變化趨勢(shì)相對(duì)一致。

（5）從日變化趨勢(shì)看，軸承廠、西郊化工站、開發(fā)區(qū)B區(qū)這3個(gè)點(diǎn)位的氮氧化物濃度遠(yuǎn)高于其他站點(diǎn);其中，開發(fā)區(qū)B區(qū)受機(jī)動(dòng)車尾氣影響較大，軸承廠和西郊化工站則主要受工業(yè)源的影響。

（6）第二產(chǎn)業(yè)增加值、發(fā)電量、機(jī)動(dòng)車保有量、溫度和相對(duì)濕度均與NO2濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，大氣壓與NO2成顯著正相關(guān)。

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