城區大氣臭氧濃度變化特征分析

張宇 封藝 王向華

摘要：以建鄴區大氣中臭氧質量濃度資料為基礎，分析了2015—2017年臭氧、氮氧化物及CO濃度變化特征，結果表明：5-6月及8-9月臭氧濃度較高，冬季臭氧濃度較低，日變化為明顯的單峰型，峰值出現在7：00，谷峰出現在15：00。分析了氮氧化物、CO與臭氧的相關性，并提出了控制城區臭氧濃度的治理措施。

關鍵詞：城區;臭氧;變化特征

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）11-0-02

Abstract：Based on the data of ozone concentration in the atmosphere of Jianye District，The variation characteristics of ozone， nitrogen oxides and CO concentration from 2015 to 2017 were analyzed. The results showed that the ozone concentration was higher in May-June and August-September， lower in winter， the diurnal variation is a single peak， with the peak at 7：00 and the valley peak at 15：00. The correlation between nitrogen oxides， CO and ozone was analyzed， and the measures to control ozone concentration in urban areas were put forward.

Key words： Urban area; Ozone; Variation characteristics

隨著城市的不斷發展以及機動車尾氣排放量的增加，城市大氣中的NOx、CO、VOCs等前體物在適宜的情況下可生成高濃度的臭氧[1-3]。臭氧的生成需要較為復雜的環境，太陽輻射、氣溫與臭氧濃度呈正相關關系，不同地區臭氧生成受到NOx和VOCs的影響程度也會有較大的差異[4]。根據2017年江蘇省環境質量公報，全省環境空氣質量達標率為68.0%，較2016年下降2.2個百分點，但臭氧濃度卻同比上升，城市空氣中臭氧濃度上升7.3%，13個設區市中有11市臭氧年均濃度超標。臭氧濃度的升高不僅會對人體健康造成傷害，而且會對植物的生長產生不同程度的影響[5]。針對臭氧問題，各地已啟動應急管控措施，應對臭氧污染風險。臭氧污染已成為大氣污染防治工作的又一項急需攻克的難題。本文以南京市建鄴區城區大氣中臭氧質量濃度變化情況為基礎，研究其時間變化特征，為建鄴區中心城市臭氧污染防治和深入研究提供依據。

1 建鄴區概況

建鄴區是南京市的中心城區，位于南京市區西南部，為中心城區的下風向地帶。東、南緊鄰外秦淮河和秦淮新河，西臨長江，北止漢中門大街，行政區域土地面積82.93km?（2016年末）。建鄴區地勢南低北高，地面標高5.5-7.5m，水塘較多，屬長江漫灘地貌單元。建鄴區屬北亞熱帶濕潤氣候。處于西風環流控制之下，季風顯著，四季分明。冬季受歐亞大陸氣團的影響較深，為西伯利亞高壓（或蒙古高壓）控制，多偏北風，天氣晴朗、寒冷、干燥。

建鄴區的大氣污染源主要為交通源、工業源、建筑施工工地以及餐飲四大類。區內有應天大街、夢都大街、揚子江大道、江東中路等多條交通要道，為重要的交通移動源;建鄴區無第一產業，重點工業企業為南京卷煙廠，其他還存在一些汽修等小企業;施工工地主要為房地產施工及道路施工;建鄴區有較多居民住宅小區，并衍生出周邊居民生活配套的餐飲行業，餐飲油煙也是大氣污染源的一個不容忽視的部分。

2 臭氧濃度變化特征

2.1 臭氧濃度月變化

分析奧體中心國控點空氣自動監測站數據，2015-2017年臭氧濃度月變化情況如圖1所示，可以看出5-6月份及8-9月份分別為臭氧濃度高峰時段，2016年9月濃度達到最高值110μg/m3，而冬季臭氧濃度通常偏低，臭氧的環境質量濃度呈現出明顯的季節變化。7月份臭氧濃度存在一個低點，主要原因在于7月前后南京處于梅雨季節，降水量較大，晴好天氣較少，臭氧是由氮氧化物和揮發性有機物在高溫強光照的條件下生成的，光照減少及溫度降低等氣象條件的改變是導致臭氧濃度下降的重要因素[4]。

2.2 臭氧濃度日變化

圖2為2015-2017年臭氧濃度的日變化曲線，可以看出臭氧濃度高峰時段為15：00前后，7：00左右為一天中臭氧濃度最低的時段。2015-2017年臭氧濃度最低值為22.7μg/m3，最高值為113.9μg/m3。這和太陽輻射及溫度等因素存在一定關系，臭氧是在光化學反應下產生的，日出后臭氧前體物光解加強，臭氧濃度開始上升，隨著太陽輻射減弱，臭氧濃度開始下降。

2.3 臭氧前體物濃度變化特征

表1為CO年平均濃度和NO2年平均濃度值，可以看出2016年兩種污染物濃度較低，2015年較高。

NO2、CO濃度月變化情況如圖3和圖4，可以看出NO2和CO濃度月變化差異較小，總體上NO2、CO低濃度區主要集中在7-10月，高濃度區集中在1月和12月。主要由于夏季光化學反應強烈，前體物消耗劇烈，生成臭氧濃度高，冬季太陽輻射弱，前體物消耗的少，臭氧生成也較少，與圖1臭氧濃度月變化規律基本一致。

NO2和CO濃度的日變化情況如圖5和圖6。NO2的日變化趨勢呈現雙峰型結構，峰值時段在8：00-9：00以及22：00-23：00，通常夜間的峰值比上午更高，濃度最低的時段在14： 00-16：00。可以看出2016年NO2年平均濃度與其他兩年相比偏低，而2017年與2015年濃度峰值有所下降，谷值差異較小。與圖2臭氧濃度的日變化對比，2016年NO2濃度最低，而臭氧濃度高，NO2濃度與臭氧濃度變化呈負相關。

CO濃度的日變化與NO2較為類似，也呈現出雙峰結構，上午9：00-10：00濃度最高，午后下降至17：00左右最低，夜間濃度基本穩定。與NO2不同之處在于上午的峰值更高，且日出前CO不存在明顯的濃度下降過程。2016年濃度最低，2017年略低于2015年。將CO濃度與臭氧濃度對比來看，2016年CO年平均濃度明顯低于其他兩年，而2016臭氧濃度則高于其他兩年。

3 成因分析及治理措施建議

3.1 成因分析

根據前人研究結果，氣溫、能見度、日照小時數、總輻射輻照度和凈輻射輻照度等氣象要素與臭氧濃度呈顯著正相關，而相對濕度、總（低）云量則呈負相關[6]。因此夏季太陽輻射強，氣溫較高，顆粒物濃度較低對輻射的阻擋作用弱，建鄴區高大建筑物的遮擋作用下近地面風速風向受到影響，對臭氧前體物光化學反應起促進作用。而冬季溫度較低，凈輻射強度小，大氣中顆粒物濃度較高的時段，則不利于臭氧的生成。

經過監測分析，奧體中心國控點周圍的汽車尾氣排放大量的CO、氮氧化物，是建鄴區氮氧化物的主要來源，除此以外，卷煙廠也會產生少量的臭氧及NOx。建鄴區內NOx的最主要來源為道路移動源，包括道路機動車尾氣以及周邊施工車輛尾氣，即交通源在臭氧前體物VOCs的生成中占了主要地位。

3.2 治理措施建議

（1）建議在建鄴區劃定禁行區域禁止柴油車等車型通行，低排區域允許柴油車限時通行。強化非道路移動源污染防治，劃定禁止使用高排放非道路移動機械區域范圍，施工的移動機械必須達到國II及以上標準，同時必須使用國V及以上等級柴油，對檢查發現使用不符合標準要求的非道路移動機械，予以清退。

（2）加強建鄴區餐飲行業監管，監理餐飲油煙凈化設施、清潔能源使用情況臺賬。規模以上餐飲企業，未按要求燃用清潔能源、未按配套安裝并正常使用油煙收集處理裝置的，立即實行停業整頓。已經完成油煙治理的企業，加強日常監管，確保設施維護良好運行正常。

（3）建議規范或整改建鄴區汽修企業，加強對汽修行業噴涂廢氣收集和治理設施的監督檢查，依法取締未經審批從事噴涂作業的汽車維修企業和露天噴涂行為。無噴涂廢氣處理設施、未在密閉空間進行噴涂作業的汽修企業實施停業整頓。督促完成VOCs治理工作，已完成治理任務的確保設施正常運行。

（4）對卷煙廠的廢氣排放設施進行定期檢查與測試，確保氮氧化物、揮發性有機物等大氣污染物的達標排放，對離子洗滌異味處理工藝凈化后的氣體進行達標監測，避免工藝過程中產生的臭氧外溢。

參考文獻

[1]楊雅琴，高會旺.青島大氣臭氧及其前體物時間變化與污染特征[J].氣象與環境學報，2008，24（2） ： 1-4.

[2]張愛東，王曉燕，修光利.上海市中心城區低空大氣臭氧污染特征和變化狀況[J].環境科學與管理，2006，31（6） ：21-26.

[3]張宗慶，張永江，鄧茂，等.黔江區大氣臭氧濃度變化特征及相關影響因素研究[J].環境科學導刊，2015，34（3） ： 41-44.

[4]趙輝，鄭有飛，徐靜馨，等.南京市北郊夏季臭氧濃度變化特征分析[J].地球與環境，2016，44（2） ： 161-167.

[5]趙輝，鄭有飛，魏莉，等.南京大氣臭氧濃度的季節變化及其對主要作物影響的評估[J].環境科學，2018，39 （7） ： 3419-3425.

[6]王磊，劉端陽，韓桂榮，等.南京地區近地面臭氧濃度與氣象條件關系研究[J].環境科學學報，2018，38 （4） ： 1285-1296.

收稿日期：2019-08-21

作者簡介：張宇（1987-），男，碩士，工程師，研究方向為環境規劃及環境保護研究。