苏州市吴江区环境空气中臭氧污染特征及其影响因素研究

臭氧是城市光化学烟雾的主要成分，臭氧污染已成为影响城市空气质量的重要因素[1]。2012年2月我国颁布新修订的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)(以下简称《标准》)首次将臭氧列入我国环境空气污染物基本项目，臭氧监测工作在全国逐步开展。《标准》中对臭氧给出了明确的评价指标及相关评价标准，强调了臭氧对环境空气质量的影响作用[2]。

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近年来，随着吴江撤市设区和城市建设不断扩大，城市人口逐渐增加，截至2017年年底，吴江区机动车保有量已达35万辆，年均增幅为9.4%。大气中来自机动车及其他各类污染源排放的NOx和HC为光化学反应发生提供了充足的前体物。当空气中的这些污染物超过了大气的正常容纳程度，在紫外线强烈的情况下就会发生光化学反应而生成臭氧。研究表明，低层大气NOx、NMHC、CO、VOC等臭氧前体物的排放对城市臭氧的生成有显著贡献[3-4]。臭氧强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿，还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使孕妇生畸形儿。为掌握本地区臭氧的污染现状，本文就2017年臭氧监测数据进行统计，通过对吴江区环境空气中臭氧污染特征及其影响因素进行分析，为科学有效治理臭氧污染提供依据。

1 研究方法

1.1 监测点位

苏州市吴江区环境空气质量自动监测站点共有3个，分别是吴江区环保局、教师进修学校、吴江开发区。监测项目为包括臭氧在内的《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)要求的6项基本污染物，监测频次为24 h连续监测。使用的数据资料来源于吴江区环境监测站提供的2017年全年监测数据，各点位分布见图1。

  

图1 吴江区环境空气自动监测子站分布Fig.1 Distribution of environmental air automatic monitoring station in Wujiang District

1.2 监测方法和仪器

吴江区环境空气自动监测站点臭氧分析仪均为澳大利亚EC9810B，分析方法为紫外光度法，测量时使用单个玻璃测量池体，分析仪的微处理器根据比尔朗伯定律精确地计算出臭氧的浓度。

1.3 质量控制和质量保证

2017年臭氧月评价值分布见图2。由图2可见，1—5月份吴江区臭氧月评价值浓度呈上升趋势，5月份上升至最大值，6—12月臭氧月评价值浓度逐渐下降。各站点臭氧月评价值最大值均出现在5月份，分别为203 μg·m-3、218 μg·m-3、212 μg·m-3。

2 研究结果

2.1 空间分布特征

根据环境空气质量单项指数法，对2017年苏州市吴江区各监测点位臭氧污染物污染状况进行比较，可以得出，教师进修学校监测点污染相对较大，吴江开发区次之，吴江区环保局污染相对较小(见表1)。

 

表1 2017年吴江区各监测点位臭氧污染单项指数统计Tab.1 Statistics on single index of ozone pollution at each monitoring point in Wujiang District in 2017

  

监测点位监测高度(m)臭氧污染单项指数吴江区环保局500.99教师进修学校201.09吴江开发区1001.08全区平均571.05

臭氧日最大8 h平均值与日平均气温相关性分析见图4。由图4可见，臭氧日最大8 h平均值与日平均气温存在正相关性，相关系数为0.619。根据不同季节，臭氧日最大8 h平均值与日平均气温的相关性也存在着很大区别，其中夏季(6—8月)相关性最为显著，这主要是由于夏季气温达到30℃以上，臭氧浓度对气温的敏感性迅速增强。秋冬季气温普遍较低，基本不会出现臭氧污染。

分析两图得到皖河泥沙特征：第一，径流量与含沙量波动呈正相关，月峰值同时出现；第二，上游支流潜水含沙量大于干流皖河；第三，1995年后，石牌站和潜山站年平均含沙量波动区间显著下降。

2.2 月变化特征

监测过程中的质量控制和质量保证参照《苏州市吴江区环境监测站质量手册(第九版)》(WJEM/QM-2016)和《江苏省环境空气自动监测质量管理暂行规定》(苏环监[2012]6号)相关要求操作。

正常健康的宝宝没有必要接种，对于反复细菌性呼吸道感染的宝宝，兰菌净是有好处的。反复感染的宝宝，应该排除是不是过敏原因引起的。

  

图2 2017年臭氧月评价值变化Fig.2 Change of value of ozone in 2017

2.3 日变化特征

臭氧日最大8 h平均值与日平均风速相关性分析见图6。由图6可见，臭氧日最大8 h平均值与日平均风速为-0.124，相关性相对较弱，臭氧污染出现时风速相对较低。

  

图3 2017年臭氧小时均值变化Fig.3 Change of ozone hour mean in 2017

3 气象条件对臭氧浓度的影响

3.1 气温对臭氧浓度的影响

吴江区3个环境空气监测点位臭氧浓度统计显示：2017年臭氧日最大8 h平均值第90百分位浓度(以下简称：月评价值)分别为158 μg·m-3、174 μg·m-3、173 μg·m-3，教师进修学校和吴江开发区年平均值超过国家标准限值160 μg·m-3。

  

图4 臭氧日最大8 h平均值与气温变化Fig.4 Change of ozone 8 hours maximum and temperature

3.2 相对湿度对臭氧浓度的影响

臭氧日最大8 h平均值与日平均相对湿度相关性分析见图5。由图5可见， 臭氧日最大8 h平均值与日平均相对湿度相关系数为-0.312，呈负相关性。臭氧污染多发生在日平均相对湿度在50%～60%条件下，湿度>80%时出现臭氧污染的概率较低。

  

图5 臭氧日最大8 h平均值与相对湿度变化Fig.5 Change of ozone 8 hours maximum and relative humidity

3.3 风速对臭氧浓度的影响

由于不同时节温度、光照等变化情况有很大差异，臭氧浓度变化也存在一定的差异。结合吴江区季节变化情况，将全年划分为3—5月、6—8月、9—11月、12—次年2月4个不同时节，分别代表春夏秋冬，并对臭氧的日变化情况时行分析。不同时节臭氧小时均值变化曲线见图3。臭氧浓度的变化呈单峰型变化规律，在气象条件稳定的情况下，太阳出来之后逐渐升高，到下午15点左右达到最高值，此后慢慢下降。臭氧浓度6—8月份为全年最高，其次是3—5月份、9—11月份，12—次年2月份为全年最低，符合夏季>春李>秋季>冬季的特点。

  

图6 臭氧日最大8 h平均值与风速变化Fig.6 Change of ozone 8 hours maximum and wind speed

4 讨论与结论

本项研究与当前已开展城市臭氧浓度影响研究结果基本一致，如沈阳[5]、北京[6]等地臭氧浓度均呈夏季高、冬季污染特征。通过研究吴江区臭氧浓度与气象因素的关系，为进一步预防和监测吴江区夏季光化学污染提供参考。

第一，2017年吴江区臭氧浓度从监测点位来看，教师进修学校臭氧浓度最高，吴江区开发区次之，吴江区环保局臭氧浓度最低。从时间变化规律来看，吴江区臭氧浓度呈现夏季最高，春季次之，秋冬季污染最低。臭氧浓度日变化呈单峰规律，夜间臭氧浓度较低，白天臭氧浓度较高，午后15点左右达到峰值。按月份来看，臭氧浓度最大值出现在5—7月。

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第二，从臭氧浓度日变化特征与气温、相对湿度和风速的关系可以得出，臭氧浓度与气温呈正相关性，与湿度和风速呈负相关性。可见，气温越高，太阳辐射越强，越有利于臭氧形成，而湿度越大，不利于臭氧积累，风速增强，有利于空气对流，从而降低臭氧浓度。

参考文献：

[1] 刘 萍，翟崇治，余家燕，等.重庆大气中臭氧浓度变化及其前体物的相关性分析[J].环境科学与管理，2013，38(1)：40-43.

[2] 徐建平.空气质量AQI实时发布的改进探讨[J].环境监控与预警，2015，7(5)：16-19.

[3] 李昕，安俊琳，王跃思，等.北京气象塔夏季大气臭氧观测研究[J].中国环境科学，2003，(04)：353-357.

[4] 王雪松，李金龙.人为排放VOC对北京地区臭氧生成的贡献[J].中国环境科学，2002，22(6)：501-505.

[5] 王闯，王帅，杨碧波，等.气象条件对沈阳市环境空气臭氧浓度影响研究[J].中国环境监测，2015，31(3)：32-37.

[6] 宗雪梅，王庚辰，陈洪滨，等.北京地区边界层大气臭氧浓度变化特征分析[J].环境科学，2007，(11)：2615-2619.