晉城市環境空氣臭氧污染初步分析及控制建議

崔鳳鳴

（澤州縣環境保護監測站 山西澤州 048026）

1 基本情況

進入五月份以來，晉城市環境空氣質量已連續數月以臭氧為首要污染物（4 月份8 天，5 月份25 天，6 月份29 天，7 月份31天，8 月份29 天），這與全國特別是京津冀地區夏季多以臭氧污染為主相似，但也有別于其它地區，主要表現在以下三個方面：

（1）晉城市區臭氧濃度呈現早晩峰值。每天臭氧濃度最高值岀現在傍晚的18 時左右，最低值岀現在早上的6 時左右。臭氧在上午10 時到晚上22 時左右持續呈現高濃度值。

（2）臭氧濃度值與NO2濃度值呈顯著負相關。通過網格化精準監測平臺中臭氧和NO2濃度小時均值變化柱狀圖可以看出，臭氧和NO2濃度呈現出明顯的“此消彼長”關系，柱狀圖在時間進程上呈榫卯結構。

（3）在臭氧高濃度時段，晉城市區的臭氧濃度值較相鄰近區域城市的濃度值要高。無論是從2＋26，還是168，337 個城市中排名中晉城市區臭氧濃度值都位于前列。

2 原因分析

臭氧生成機理很復雜，目前還處于不斷深入研究階段，但其最基本的理論具有普遍認同性。即臭氧污染的生成和光照、氣溫等氣象因素密切相關，主要發生在陽光強烈的夏、秋季節。汽車尾氣、工業企業排放的氮氧化物（NOx）與揮發性有機物（VOCs）等臭氧前體物，在高溫、強光輻射的作用下，經過一系列復雜的光化學反應，產生臭氧污染物。

在季節、光照、氣溫、風速等自然條件非人為可控的情形下，通過控制VOCs 和NOx的排放進而達到控制臭氧的升高就成了不二之選。對臭氧生成和控制分析也主要集中在這些方面，就晉城市區臭氧污染作以下分析：

2.1 生成臭氧的前體物NOx具有多源性

通過網格化精準監測平臺晉城市區各國控點位數據可以發現，NO2的小時濃度值具有單峰性，NO2濃度值在中午14 時左右最低，在凌晨4-5 時左右最高，與每天規律的上下班機動車運行高峰時段并不一致，即在每天的8 時、12 時、15 時、18 時等時段附近并沒有出現NOx和CO 的高濃度值，亦無波動性，說明晉城市區NOx產生的來源與機動車尾氣排放相關性不顯著，亦說明NOx的多源性。

盡管目前知道臭氧與NOx存在明顯的負相關，但臭氧與VOCs 的關系，以及臭氧生成與NOx和VOCs 比例關系（即生成臭氧占優勢的物質或濃度區間）等規律的掌握還有賴于大量基礎數據的采集和分析。

2.2 機動車尾氣仍是市區主要污染源，對臭氧的生成貢獻率作用巨大

根據7 月份以來晉城市信息中心單顆粒氣溶膠質譜儀在晉城市區不同點位采樣分析結果看，機動車尾氣源占比達25%左右，部分時段占比達40%以上。數據說明目前晉城市區在線顆粒物源解析的主要成分仍是機動車尾氣源，尾氣中的主要成份為NOx、HC 及CO，作為主要前體物其對臭氧的生成作用必然巨大。晉城市區截至2018 年年底，晉城市機動車保有量達46 萬輛，除了本地車輛，過境的外來車輛也帶來污染，近年來隨著晉城市經濟社會的快速發展，城區范圍擴張迅速，過境交通線路正在完善，中心城區交通擁堵的問題逐步得到緩解。但大量家庭用車仍會造成NOx和VOC 等污染物的囤積，對臭氧的生成起著推波助瀾的作用。

2.3 獨特的地形和氣候條件造成晉城市區臭氧居高不下

晉城市區位于晉城盆地，整個地區的地勢呈北高，中、南部低的簸箕狀，盆地地形不利于氣態污染物的稀釋擴散。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，夏季炎熱多雨，屬“長日照地區”，年日照時數平均為2563 小時。夏季七月平均氣溫27℃，極端最高氣溫38℃（1966 年），氣象條件非常有利于臭氧的生成和聚集。獨特的地理位置和氣侯條件造成了臭氧濃度較鄰近城市的值要高。

2.4 大氣中還原性物質的減少導致大氣光化學平衡被打破

出現大氣中臭氧濃度過高的主要原因就是臭氧的生成速率＞消耗速率，大氣光化學平衡被打破，大氣處于氧化狀態，而消耗臭氧的還原性物質變少或參與反應的速率變慢，導致臭氧的不斷積累。近年來煤改電和煤改氣的大力推進使具有較強還原性的SO2（同時具有一定的弱氧化性）大幅降低，在某種程度上助推了臭氧的升高。這只是一種推測尚待探究，但絕不能因此否認控硫對空氣質量改善的積極意義。

2.5 適當考慮植物源VOCs對臭氧生成的影響

植物會釋放諸如異戊二烯一類的VOC，這種物質是臭氧形成的前體物。據中國科學院生態環境研究中心研究成果顯示，從全球尺度看，植物源揮發性有機物BVOCs 約占VOCs 排放總量的90%，遠高于人為源VOCs 排放。香港的相關研究測算，BVOCs 占總排放量的30%左右。自然環境中具有光化學活性的揮發性有機物由植物代謝釋放的占比不容忽視。

市區對照點白馬寺點位臭氧濃度明顯長期偏高，一方面海拔高度相較其它點位高，其次是否受植物源VOCs 影響也有待研究。

3 防控建議

3.1 增加VOCs監測設備，充分發揮單顆粒物氣溶膠、激光雷達，VOC走航等先進監測設備作用，為臭氧防治工作提供科學依據

晉城市區目前僅在個別企業安裝有VOCs 監測設備，且無其它指標測試數據；而其它國、省控等點位有O3和NOx 數據卻無VOCs 監測指標，故應盡快完善VOCs 監測系統，以便結合VOCs、NOx及O3三者數據實時變化趨勢進行綜合分析。同時要充分發揮單顆粒物氣溶膠、激光雷達，VOC 走航等先進監測設備的科技支撐作用，為臭氧污染的精準防控提供科學依據。

目前我市盡管已有單顆粒物氣溶膠、激光雷達，VOC 走航等先進監測設備，但對大氣污染分析研判的科技支撐作用不充分，原因主要有：（1）目前環境空氣質量主要還是天氣依賴型，必須高度重視氣象條件，充分結合氣象因素分析研判；（2）必須建立本地的污染源譜數據庫，選擇恰當的預測模式和初始入口參數進行評估預測，提高預測的準確率；（3）基礎性研究工作不充分，亟待加強；（4）測點的選擇和走航方案的設計需科學優化，務求實效。

3.2 強化VOCs和NOx的管控，從源頭上控制臭氧的產生

盡管生成臭氧的光化學反應機理很復雜，但生成臭氧的前體物主要是VOC 和NOx卻是普遍認同的，因此要控制臭氧，首先要控制生成臭氧的物質基礎VOC 和NOx，編制詳盡的污染源清單，從一切產生和排放VOCs 及NOx的環節嚴管嚴控嚴治。在過去很長一段時間內，我國環境管理、污染防控重點都放在控制顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等常規污染物上，對于揮發性有機物，尤其是具有光化學活性的揮發性有機物控制關注較少，而由植物代謝釋放的具有光化學活性的揮發性有機物更易忽視，導致臭氧污染問題日益突出。

3.3 大力發展公共交通，倡導綠色出行，嚴厲打擊超標車輛

政府必須高度重視公共交通在節能減排、緩解擁堵、減少事故中的重大作用，積極發展新能源和混合動力汽車，提高油品質量，不斷提高機動車尾氣自動監測系統在城市和集鎮的點位布設量，加大對高排放車輛的檢測抽查力度，并確保對每臺超標車輛的處罰處理到位。倡導綠色岀行方式，不斷提高對公共自行車系統的財政補助力度。在森林城市創建和園林綠色工作中，注意選擇推廣低BVOCs 樹種；多措并舉，努力實現降低臭氧背景濃度的目的。

結語

臭氧在全國許多地區已逐漸成為僅次于PM2.5 的首要污染物，在夏季尤為突出。本文僅對晉城市區夏季臭氧污染的生成原因做了初步的分析和探討，造成臭氧污染的原因很多，臭氧生成機理的研究也在不斷深入。只有基于對環境空氣質量監測數據的長期分析，并結合當地污染特征以及臭氧生成機理的深入研究基礎上，才能逐步找到生成臭氧的真正原因，為防控臭氧污染提供科學合理的建議。