沈陽市臭氧污染特征及影響因素研究

陳 震，劉 暢

（1.北京中科三清環境技術有限公司，北京 100029；2.遼寧省生態環境事務服務中心，遼寧 沈陽 110000）

臭氧是地球大氣中的一種微量氣體，目前，90%以上的臭氧分布在大氣層的上部或者平流層，是地球生物系統的保護傘，而剩余不到10%的臭氧存在于近地面，是地球上典型的二次污染物[1]。相關研究表明，近地面臭氧污染物的產生主要是由于VOCs、NOx等物質在紫外線照射條件下發生的光化學反應所生成，而這一化學反應的過程容易受溫度、濕度、風力等氣象因素的影響[2]。就人類的生產生活而言，高濃度臭氧引起的臭氧污染不僅會影響土壤的屬性和農作物的生長，同時還會直接影響人類的身體健康[3]。2020年中國生態環境質量公報披露，臭氧是僅次于PM2.5的影響空氣質量優良天數的重要因素[4]。2021年11月國務院發布的《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》[5]中明確提出了“著力打好臭氧污染防治攻堅戰”的任務，并明確“到2025年，臭氧濃度增長趨勢得到有效遏制，實現細顆粒物和臭氧協同控制”。

相關的環境監測數據表明，臭氧污染是沈陽市面臨的重要環境污染問題之一，也是需要重點監測、防控、干預的污染問題。并且，與其他類型的環境污染相比，臭氧污染具有明顯的周期性，相關部門可以通過相應的監控和跟蹤措施掌握本市臭氧污染的發生周期、規律，以提高臭氧污染防范的精準性，確保本地區經濟社會發展的安全性和穩定性。基于此，本文嘗試通過對沈陽市2021年臭氧污染發生特征和影響因素的分析來掌握臭氧污染的發生、發展狀況，為科學干預臭氧污染提供支持。

1 資料與方法

1.1 資料

研究時段為2021年4～11月。研究數據來自沈陽市國控站點城市臭氧監測系統中的臭氧濃度數據（日均臭氧8 h濃度）以及同期的包括溫度、濕度、風向、風力、降水在內的相關氣象數據。

1.2 數據處理方法

依據《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）[6]和《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 663-2013）[7]中明確的標準，按照表1所示進行臭氧污染程度劃分。

表1 臭氧污染程度劃分 單位：μg/m3

2 臭氧污染的特征

對沈陽市臭氧污染特征的分析可以從污染程度、污染發生的季節性周期兩方面入手。

2.1 臭氧污染程度

參照表1所示標準，本文對2021年4～11月的監測數據進行分析，最終計算出2021年沈陽市共有12天出現臭氧污染，占全年天數的3.29%，具體情況見表2。在臭氧污染程度方面，全部為輕度污染。

表2 沈陽市2021年4～11月臭氧污染情況

2.2 臭氧污染發生的季節

通過表2數據可以看出，2021年4～11月，沈陽市發生臭氧污染的季節主要在春季（4～5月）和夏季（6～8月）。

3 臭氧污染的影響因素分析

表3是2021年出現臭氧污染時的溫度、濕度、風向、風力、降雨量等氣象條件狀況。以下結合該表對臭氧污染的發生與氣象條件的關系進行分析。

3.1 臭氧污染發生時的氣溫條件分析

通過表3的溫度條件數值可以看出，在全年發生的12天臭氧污染日中，溫度范圍為18.3～29.4 ℃。其中，只有1天的溫度在20 ℃以下，這說明溫度在20 ℃以上時，臭氧污染發生的可能性比較大。

3.2 臭氧污染發生時的濕度條件分析

通過表3的濕度條件數值可以看出，在全年發生的12天臭氧污染日中，濕度范圍為38.3%～80.8%。其中濕度在30%（含）～40%（不含）的有1天，占污染天數的8.33%；濕度在40%（含）～50%（不含）的有2天，占污染天數的16.67%；濕度在50%（含）～60%（不含）的有3天，占污染天數的25.00%；濕度在60%（含）～70%（不含）的有4天，占污染天數的33.33%；濕度在70%（含）～80%（不含）的有2天，占污染天數的16.67%。

3.3 臭氧污染發生時的風力條件分析

通過表3的風力數值可以看出，在全年發生的12天臭氧污染日中，風力范圍為1.2～4.1 m/s，其中風力在1.2～3.0 m/s（不含3.0 m/s）的有7天；風力在3.0～4.1 m/s（含3.0 m/s）的有5天，這說明發生臭氧污染日的風力整體偏小。

3.4 臭氧污染發生時的降雨量條件分析

通過表3的降雨量數值可以看出，在全年發生的12天臭氧污染日中，僅有8月7日出現了0.1 mm/h的降水，其他日期均無降水，這組數據說明在2021年中，降雨量與臭氧污染之間并沒有明顯的關系。

表3 沈陽市2021年出現臭氧污染日的氣象條件狀況

4 討論

臭氧污染是近年來沈陽市除PM2.5污染外，面臨的另外一個重要的污染治理挑戰。與PM2.5污染相比，臭氧污染更具有隱蔽性[8]。相關研究表明，短暫暴露在高濃度臭氧中，會引起咳嗽、喉部干燥、胸痛、粘膜分泌增加、疲乏、惡心等癥狀，長時間接觸則會明顯損傷肺功能，影響呼吸道結構，引起炎癥，改變透氣率，甚至導致死亡[9-10]。因此，治理臭氧污染是沈陽市改善環境狀況的重要目標。

對沈陽市臭氧污染情況的分析更多地要立足于本市的自然地理狀況和經濟發展狀況。一方面，沈陽市地處東北地區，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候，在氣候方面表現出春季日照足、風力強盛、相對濕度低，降水少且蒸發量大；夏季炎熱且多陰雨，空氣濕潤；秋季短暫且降溫快；冬季寒冷且長的特點。這種氣候特點使得春末、夏季和秋初普遍會出現高溫、風力小的情況，造成臭氧濃度難以有效降低。另一方面，沈陽市近年來的汽車保有量不斷增加，以及涉揮發性有機物的企業和餐飲油煙排放量的增多，使得部分地區成為臭氧污染的重點地區。例如，經開區、于洪區、沈北新區、新民市等幾個地區是沈陽市揮發性有機物排放企業較為集中的地區，其臭氧污染程度也較高。

本文通過對2021年4～11月沈陽市國控站點城市臭氧監測數據的分析發現，春季和夏季是本地區臭氧污染發生較多的季節，并且2021年的臭氧污染均為輕度污染，日最大8 h平均值在161～215 μg/m3。進一步對發生臭氧污染日期內的氣象條件數據進行分析發現，溫度在20 ℃以上，濕度在50%以上，風力在4.1 m/s以下是本年度臭氧污染發生的相似氣象條件，這也提示要注意高溫、低風速是沈陽市臭氧污染的重要氣象條件特征。

結合上述對沈陽市臭氧污染特征及影響因素的研究，可以明確沈陽市臭氧污染防治的重點時段是春末、夏季和秋初。在防治措施方面，考慮到臭氧污染屬于“二次污染”，是在高溫等條件下，氮氧化物和揮發性有機物累加到高濃度時，經過足夠的光照和溫度作用產生的污染，所以要將防治氮氧化物和揮發性有機物作為重點，通過在市域內重點區域建立揮發性有機物網格化預警管理平臺，為污染溯源和精準治理提供技術支持[11-12]。例如，可以在各區現有空氣監測站點的基礎上，加強對重點區域揮發性有機物監測點位的布局，在經濟開發區的化工園區、工業園區等安裝揮發性有機物在線監測儀，對經開區、于洪區、沈北新區、新民市等重點地區涉及揮發性有機物排放的企業，以及全市范圍內面積在5 000 m2以上的餐飲油煙排放點位進行重點監測管控，確保臭氧污染監測的精準化，及臭氧污染數據信息的精準性和可靠性[13]。

同時，以本文研究得出的高溫、低風速是沈陽市臭氧污染現象發生的共同氣象條件特征為依據，相關部門和人員要在春末、夏季和秋初的時間段內，重點監測溫度、濕度、風速等氣象狀況和趨勢，明確區域內整體污染特征，提前預測臭氧生成狀況，并結合網格化的預警平臺監測數據，實施調度臭氧污染防治重點任務，確保臭氧污染治理的時間精準、區域精準和措施精準[14]。再者，要結合歷年臭氧污染發生的區域和點位，運用走航車、紅外熱成像儀、便攜式檢測儀等技術方法，快速精準地鎖定臭氧污染源，對一些違法現象及時進行動態取證，確保臭氧污染源頭治理的精準性[15]。

綜上，結合對2021年沈陽市臭氧污染的特征及影響因素的分析，相關部門和人員可以通過相應的監測和精準防控措施來防范、控制沈陽市的臭氧污染狀況，促進臭氧污染問題得到有效緩解甚至消除，保證地區環境狀況的持續改善。