成渝地區中小型城市臭氧污染特征分析
——以內江市為例

門強 汪沛霖 方小妮 王維 程灝旻

（四川省內江生態環境監測中心站，四川內江 641000）

1 引言

目前，影響環境空氣質量的因素主要是細顆粒物（PM2.5）和O3，近地面O3是城市環境空氣中重要的氣態污染物，影響空氣質量、大氣氧化性和氣候變化［1］。O3濃度上升會加劇溫室效應和引發光化學污染。2015 年，我國開始在地級城市開展O3監測［2］。研究表明，城市O3污染問題突出，成為繼PM2.5之后影響城市環境空氣質量的另一種重要因素［3-6］，O3治理已逐漸成為大氣污染防治的重要工作之一［7］。

國內對O3污染的研究主要集中在京津冀、長三角和珠三角地區，對中小型城市O3污染的研究報道較少，四川盆地地區也成為O3污染高發區，內江市地處四川盆地腹心地帶，為成渝地區的中心，是一個典型的中小型發展中的城市。本文利用內江市城區環境空氣質量監測數據，對內江市城區O3污染時空分布特征進行分析，為成渝地區O3污染的防控提供科學依據。

2 方法

2.1 數據來源

本文使用的環境空氣質量監測數據來源于四川省空氣質量監測網絡管理系統平臺，包含2015—2022 年內江市國控空氣質量自動監測數據，數據均按國家相關規范標準獲得，真實有效。

2.2 評價標準

根據GB 3095—2012《環境空氣質量標準》［8］、HJ 663—2013）《環境空氣質量評價技術規范（試行）》［9］、HJ 633—2012《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》［10］中的方法進行評價。其中，O3日評價采用O3－8 h，年評價采用O3－8 h 第90 百分位數。O3－8 h 濃度超過160 μg/m3時超標，反之則達標。

3 內江市O3 污染變化趨勢分析

3.1 年際變化

2015—2022 年，內江市空氣質量自動監測數據顯示（見表1），綜合污染指數逐年下降，優良天數比例先升后降，表明空氣質量整體呈改善趨勢，但O3污染負荷呈增長趨勢，2022 年O3首次成為主要污染物，對環境空氣優良天數影響越來越大，成為制約內江市優良天數比率的關鍵因子。

表1 2015—2022 年內江市空氣質量統計

2015—2022 年內江市6 項監測指標中（見圖1），SO2，NO2，PM2.5，PM10濃度總體呈下降趨勢，CO 濃度略有波動，變化幅度不大；2015—2021 年O3－8 h 第90 百分位濃度波動變化，變化幅度很小，2022 年O3濃度為160 μg/m3，較2015 年上升15.9%，O3是6 項監測指標中唯一呈現升高趨勢的污染物。

圖1 2015—2022 年內江市主要污染物濃度變化

3.2 季節變化

從2015—2022 年內江市O3濃度季節變化來看（見表2），O3污染的變化總體呈現“春夏高、秋冬低”的特點，表明該類型的影響因素可能主要是太陽輻射、溫度季節變化。此外，2022 年夏季O3出現陡增的趨勢，表明除了太陽輻射的原因［11］外，還可能是本地揮發性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOX）的排放量在變化，導致O3污染的前體物濃度升高，加重了O3污染，2022 年春季和秋季O3濃度增加明顯，說明O3污染的時間在提前、持續時間在增加。

表2 2015—2022 年內江市O3 濃度季節統計 μg/m3

3.3 月度變化

從2015—2022 年內江市O3月濃度變化來看（見圖2），變化趨勢總體呈現雙峰型，高濃度值主要分布在4—8 月，1—2 月和11—12 月濃度較低。其中，3—4 月O3超標率和O3－8 h 平均濃度同步上升，表明春季O3污染形勢呈加重趨勢。各年度O3－8 h濃度峰值主要集中在7—8 月。同時，O3超標率分布的時間跨度逐漸增大，凸顯O3污染時間在持續上升，污染形勢嚴峻。

圖2 2015—2022 年內江市O3 濃度及超標率月度變化

3.4 日濃度頻數變化分析

2015—2022 年內江市O3－8 h 濃度在不同區間頻數統計結果（見圖3）表明，O3－8 h 濃度主要分布在20～200 μg/m3之間，其中在60～100 μg/m3濃度區間出現的頻率最高。2015—2022 年高濃度（大于160 μg/m3）區間出現的頻次分別為11，16，15，19，17，19，20，36 次，整體呈現增加趨勢，表明O3－8 h 濃度在不斷地向高值移動，O3污染有不斷加重的趨勢。

圖3 2015—2022 年內江市O3 日濃度出現頻次分布

3.5 小時濃度變化趨勢

對內江市O3小時數據進行分析（見圖4），內江市O3小時濃度峰值出現在16：00，最低值出現在08：00，均無明顯變化。其中2016 年O3小時峰值濃度最高，其次為2022 年。2015—2019 年O3小時濃度整體有下降趨勢，2019—2022 年小時濃度整體呈現升高的趨勢；對O3小時濃度逐刻進行秩相關性分析，均未出現顯著性趨勢，內江市O3小時濃度不存在顯著變化。

圖4 2015—2022 年內江市O3 小時濃度變化

3.6 Spearman 秩相關分析

3.6.1 Spearman 秩相關系數計算方法

Spearman 秩相關系數計算公式為：

式中，γs為Spearman 秩相關系數；n 為時間周期的數量，n≥5；Xj為周期j 按時間排序的序號，1≤Xj≤n；Yj為周期j 內污染物濃度按數值升序排序的序號，1≤Yj≤n。

3.6.2 Spearman 秩相關系數計算結果

按照公式（1）對2015—2022 年內江市O3污染情況進行統計，結果見表3。

表3 2015—2022 年內江市O3 污染情況統計

由表3 可知，內江市環境空氣質量綜合指數顯著下降，環境空氣質量明顯改善，O3的年均濃度無顯著性變化趨勢，表明O3的整體污染水平無顯著性變化，但O3首次為首要污染物的時間顯著提前，O3單項指數和O3污染負荷均呈現顯著性增加趨勢。2022年O3污染負荷超過PM2.5，成為內江市的主要污染物，O3對內江市環境空氣質量優良天數和環境空氣質量整體水平的影響越來越顯著。

2015—2022 年內江市O3超標情況統計結果見表4。

表4 2015—2022 年內江市O3 超標情況統計

由表4 可見，內江市超標總天數、首要污染物總天數、年超標天數有增加趨勢，其中首要污染物出現的總天數先降后升，整體無顯著性趨勢；O3超標的天數、O3貢獻的年超標天數、O3貢獻的超標天數比例和O3為首要污染物的比例均呈現有統計學意義的顯著性升高，O3為首要污染物的比例顯著增加且在2022 年超過50%，成為內江市主要的首要污染物。

3.7 O3 污染對內江市空氣質量的影響

2015—2022 年O3對內江市空氣質量的影響變化見圖5。

圖5 2015—2022 年O3 對內江市空氣質量的影響變化

從圖5 可知，2015—2022 年PM2.5超標天數總體呈下降趨勢，同時污染負荷也呈下降趨勢；O3超標天數呈上升趨勢，2022 年相比2015 年增加25 d，2022年出現最高值，污染負荷同步上升，相比2015 年上升9.8%，在2022 年首次超過PM2.5成為內江市的主要污染物，可見內江市影響空氣質量的關鍵因子已經從PM2.5轉變成O3。

4 結論

（1）2015—2022 年內江市O3－8 h 第90 百分位濃度呈現上升趨勢，夏季O3濃度最高，冬季O3濃度最低，春季和秋季污染有加重的趨勢，O3月變化總體呈現雙峰型，最高值主要集中在7—8 月，O3超標率跨越的月份逐漸增加。

（2）2015—2022 年內江市O3首次為首要污染物時間、O3污染負荷、綜合指數、O3超標天數、O3為首要污染物比例均呈顯著性變化。

（3）內江市O3污染的敏感時段為4—5 月和7—8 月，高值集中在16：00。

（4）2015—2022 年內江市O3超標天數總體呈增加趨勢，2022 年O3首次成為內江市主要污染物，成為影響內江市優良天數比率的關鍵因子。