石獅市臭氧污染特征與氣象因子關系的研究

陳鴻源

（石獅市環境監測站，福建 石獅 362700）

我國持續高速的經濟增長及城市化進程取得顯著發展同時，環境污染也日趨嚴重，其中，臭氧已經成為影響空氣質量的主要因子[1]。本文基于2018～2020年石獅市3座省控空氣自動站監測數據，分析了石獅市臭氧的變化特征及規律，并探討了其與氣象要素的相關性，以期為石獅市臭氧污染的區域防治提供參考。

1 數據資料來源

臭氧、二氧化氮、氣象參數等數據來源于石獅市3座省控空氣自動站，監測點位分別位于前廊村（E:118°35’56.0”，N:24°44’36.9”）、金林村（E:118°38’9.96”，N:24°43’57.0”）和寶蓋山（E:118°40’5.88”，N:24°42’57.9”），其中寶蓋山為對照點，其余點位為評價點。

2 結果與分析

2.1 石獅市臭氧及二氧化氮時間變化趨勢

2.1.1 石獅市臭氧逐年變化趨勢

在（圖1）中展示了石獅市2018～2020年臭氧日最大8小時濃度（90百分位數）及臭氧超標天數分布情況，從圖中可以看出，從2018～2020年石獅市臭氧濃度和超標天數都呈現下降的趨勢，2018年臭氧濃度為156 μg/m3，全年超標天數為31天；2019年臭氧濃度為143 μg/m3，同比下降8.3%，超標天數為14天，同比下降54.8%；2020年臭氧濃度為118 μg/m3，同比下降17.5%，超標天數為2 天，同比下降85.7%。

圖1 石獅市2018～2020年臭氧濃度及超標天數分布

2.1.2 月變化特征

石獅市臭氧和二氧化氮濃度月變化特征，從（圖2）可以看出，2018年臭氧濃度4月最高，高達196 μg/m3，是近三年來月均濃度最高值，超標天數最多在10月；2019年臭氧濃度最高在9月，超標天數最多在10月；2020年臭氧濃度較為平穩，超標天數僅2天。

圖2 石獅市2018～2020年臭氧濃度和超標天數逐月分布

石獅市近三年二氧化氮濃度的月變化，從（圖3）中可以看出，石獅市二氧化氮濃度整體水平較低。2018年與2020年二氧化氮濃度最高均出現在3月；2019年二氧化氮濃度最高為12月。

圖3 石獅市2018～2020年二氧化氮濃度逐月分布

2.1.3 日變化特征

石獅市2018～2020年臭氧濃度日變化分布，從（圖4）中可以看出2018年和2019年臭氧濃度日變化曲線較一致，呈現出明顯的單峰形分布特征，自0點開始下降，7點達到最低值，之后開始上升，14點達到最高值，再下降。

圖4 石獅市2018～2020年臭氧濃度日變化分布

2.2 臭氧與二氧化氮相關性分析

對2018～2020年超標天數各站點臭氧濃度與二氧化氮濃度進行分析（見圖5），發現臭氧與二氧化氮呈負相關關系。在14點時，臭氧濃度出現峰值，而二氧化氮值最小，二者變化規律正好相反。原因是二氧化氮是臭氧的前體物之一，在午后14點，二氧化氮在一定的太陽輻射和溫度的條件下，轉化成臭氧[2]。

圖5 石獅市各站點2018年到2020年超標天臭氧與二氧化氮濃度日變化分布

2.3 氣象要素對臭氧的影響

2.3.1 臭氧與溫度的相關性分析

選取2018年超標天數較多的4～10月進行統計分析（見圖 6），當溫度分別為0～20 ℃、20～25 ℃和25～30 ℃時與臭氧呈負相關的關系，這可能是由于石獅市地理位置處于三面環海的緣故，溫度不高時對臭氧的影響并不大；當溫度大于30 ℃時，隨著溫度的升高，臭氧濃度明顯上升，在35～40 ℃之間時，臭氧濃度達到最高值149 μg/m3。

圖6 不同溫度區間下臭氧分布

2.3.2 臭氧與相對濕度的相關性分析

2018年超標天數較多的4～10月臭氧濃度在不同相對濕度區間下的分布情況（見圖7），當相對濕度與臭氧濃度呈現較好的負相關關系時，隨著相對濕度區間的增大，臭氧濃度也逐漸降低，這是因為在高相對濕度條件下，水汽中所含的自由基會迅速將臭氧分解為氧分子，以此降低臭氧濃度[3]。當相對濕度在30%～40%之間時，臭氧濃度較高，為150 μg/m3；當相對濕度處于90%～100%之間時，臭氧濃度最低，僅有42 μg/m3。

圖7 不同相對濕度區間下臭氧分布

基于以上分析，進一步結合溫度與相對濕度兩個要素對臭氧的影響（見圖8）來看，可以發現臭氧高值點大都分布在溫度24～36 ℃與相對濕度40%～60%區間內。結合溫度與相對濕度兩者之間的關系（見圖9）來看，當溫度升高，相對濕度呈現先上升后降的趨勢，當溫度在20～30 ℃時，相對濕度可高達80%左右，這也印證了前面提到的當溫度在0～30 ℃之間逐漸上升時，臭氧濃度卻呈現下降的趨勢，這是因為受到高濕條件的影響。

圖8 溫度與相對濕度對O3濃度的綜合影響

圖9 溫度與相對濕度的相關關系

2.3.3 臭氧與風速風向的相關性分析

進一步統計分析不同風速、風向區間下臭氧濃度的分布情況，隨著風速區間的增大，臭氧濃度也逐漸升高，當風速區間為6-8 m/s時，臭氧濃度最高，為89 μg/m3（見圖10）；當風向在東北-東-東南方向時，臭氧濃度較高，其中東風方向最高，為108 μg/m3（見圖11）。

圖10 不同風速區間下臭氧濃度特征圖

圖11 不同風向上臭氧濃度特征

石獅市2018～2020年臭氧超標日下污染玫瑰圖（見圖12），從圖中可以看出，臭氧超標日情況下主導風向為東北風，西風方向出現頻率最低。臭氧小時值的高值區域大都分布在南風方向，其次是東南-東方向，這也與石獅市常年主導風向吻合。另一方面，臭氧超標日下小時風速基本分布在0-10 m/s區間內，少數分布在10-15 m/s，極少數甚至超過15 m/s。

圖12 臭氧超標日下的風向玫瑰圖

3 結論

本文針對石獅市2018～2020年臭氧污染特征及氣象要素的影響進行統計分析，主要得出以下結果：

（1）石獅市2018年臭氧日最大8小時濃度（90百分位數）及超標天數均最高，其次是2019年，2020年最低。其中4月與10月臭氧污染最嚴重；

（2）石獅市臭氧濃度峰值出現在14點，與二氧化氮呈負相關關系；

（3）臭氧高值點大都分布在溫度24～36 ℃與相對濕度40%～60%區間；

（4）相對濕度對臭氧的影響比溫度更顯著，當相對濕度在30%～40%之間時，臭氧濃度最高；當風速在6-8 m/s及東風方向時，臭氧濃度最高。