张 倩(大连市环境监测中心 辽宁 大连 116023)

渤海湾臭氧气团的外源输入对大连市区大气臭氧浓度的影响研究

张 倩(大连市环境监测中心 辽宁 大连 116023)

以观测资料为基础，通过数据分析表明，渤海上空的臭氧气团在西南方向的海陆风作用下，影响大连市区大气中的臭氧浓度，造成春夏季大连市区大气中臭氧浓度超标。

渤海湾；西南风；臭氧；浓度超标

O3是大气中重要的痕量气体成份之一，也是环境空气中重要的污染物之一，超过一定浓度的O3对生态环境和人类生活有一定的危害，因此近地面O3的监测是大气环境监测和气候变化关注的重要内容之一。2013年以来，在春夏两季，O3常常成为大连市区大气中的首要污染物，在某些时刻，O3浓度的小时均值甚至会超过《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中二级浓度限值200μg/m3，造成严重的环境空气污染，给人民健康造成严重的威胁。

大连市区大气中的O3除本地生成外，外源性输入也是不可忽略的一个环节。本文主要通过分析大连市区近地面大气中O3浓度的超标情况，并结合整个渤海湾及大连市区的气象条件，分析渤海湾上空O3气团的外源性输入对大连市区环境空气中的O3浓度造成的影响。

1 实验内容

1.1 观测数据点位

本文观测点位为大连市10个国控大气自动监测子站。

1.2 主要仪器

测点的观测项目及采用仪器列于表1。

表1 观测项目及仪器

1.3 观测时间

本实验的观测时间从2015年4月20日-2015年4月28日。

1.4 O3污染情况

图1-图4为大连市区2015年4月20日-4月28日期间大连市区O3、CO、NOx和SO2的浓度小时均值变化情况。由图2可知，大连市区在4月21日-4月22日期间出现了一次O3浓度超标污染情况；4月25日-4月27日又出现了两次O3浓度超标污染情况，其O3浓度小时均值超过了《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中二类标准规定的200μg/m3。

图1 2015.4.20-4.28国控子站O3小时均值变化情况

图2 2015.4.20-4.28国控子站一氧化碳小时均值变化情况

图3 2015.4.20-4.28国控子站氮氧化物小时均值变化情况

图4 2015.4.20-4.28国控子站二氧化硫小时均值变化情况

1.5 O3浓度超标原因分析

由表2可知，4月22日、4月25日和4月26日三天大连市区天气晴朗，紫外线充足，有利于O3的本地生成，致使大连市区大气中O3浓度上升；另一方面，渤海湾上空同时生成的大量O3随着西南海陆风被吹向大连市区，与本地O3结合，造成大连市区O3浓度超标，造成O3污染。

在上述原因分析中，由于无法监测渤海湾上空的污染物浓度情况，因此渤海湾上空存在高浓度的O3属于一个假设的情况，为证明该假设，本文从以下几个方面对该假设进行证明：

表2 2015年4月20日-4月28日的天气情况

(1)渤海湾上空高浓度的O3。由图5可以看出，渤海湾由山东、河北和辽宁三省包裹而成，环渤海经济圈是我国重要的经济圈之一，特别是大连西南方向的山东和河北两省，重工业经济发达，每年向大气中排放大量的污染物，其中也包含大量的O3前体物，如CO、NOx和VOCs，随着大气环流，这些污染物被传输到渤海湾上空，有文献指出，CO和SO2属于长寿命物种，可以随大气环流运动而保持稳定；NOx属于短寿命物种，只能反映出监测点位附近环境空气污染物浓度变化，因此在渤海湾上空大气中CO、VOCs含量会比较高。此外，在大气富含CO、VOC等O3前体物的情况下，极有利于大气中O3的生成。同时，每年5月份大连地区阳光辐射达到最强，同样渤海湾在5月份前后的阳光辐射也达到最强，为O3生成提供了充分的条件；此外由于NOx属于短寿命物种，不适合长距离迁移，造成渤海湾上空NO含量较低，NO对O3的滴定效应较低，以此分析渤海湾上空会存在大量的O3。

图5 渤海湾地区

(2)西南方向海陆风对大连市区大气中污染物浓度的影响。由图1-图4可知，在2015年4月25日-4月27日这段时间内，除了O3浓度明显上升之外，长寿命物种CO和SO2的浓度也有了一定程度的升高，而短寿命物种NOx的浓度则没有明显的变化，若污染物来自于本地生成，则NOx的浓度应随CO和SO2同时升高，不应出现NOx浓度没有明显变化的情况，因此说明在这段时间内，污染物的外源性输入对大连市区大气污染物浓度有较大的影响；此外，由图2和图4可知，在CO和SO2的浓度变化中，旅顺子站和付家庄子站的变化程度最大，其浓度在10个国控子站里浓度最高，由大连市10个国控子站的地理位置可知，旅顺子站位于白玉山景区，付家庄子站位于滨海路旁边，都属于风景秀丽，植被茂盛且没有污染源的地区，因此可以排除本地污染源对这两处子站的影响，进而说明其次污染属于外源性污染，结合这几天西南风向的海陆风可知，由此可以推断出此次大连市区的O3污染应该来自于渤海湾上空。

(3)渤海湾O3气团对周边城市的影响。图6为2015年1月-8月份辽宁省14个城市O3浓度日最大8小时90per浓度值统计图。图7为2015年8月份辽宁省14个城市O3浓度日最大8小时90per浓度值空间分布图。由图中可知，环渤海湾的几个城市(营口、盘锦、锦州、葫芦岛、大连)均名列前茅，营口市的O3浓度排名辽宁省第一位，由此可见渤海湾上空的O3气团对辽宁省环渤海湾城市群大气中O3浓度的影响。同时，营口市就本地区O3浓度超标也做过类似的调查和研究，其研究结论为“从外源输送来看，营口市高O3污染极易受途径京津冀和辽东半岛偏南气流影响；高浓度O3气团不断在渤海湾迂回，并可能在没有光照的时段依然回流影响到营口市，O3受海陆风影响的程度比较明显”。

图6 2015年1月份-8月份辽宁省各城市O38小时90per浓度值

图7 2015年8月份辽宁省各城市O38小时90per空间分布

由以上几点可以推论出，大连市区大气中的O3浓度会受到渤海湾上空形成的O3气团影响。

2 结论

大连市区大气中O3浓度超标，与来自渤海湾上空的O3外源性输入有关，在西南方向的海陆风作用下，来自渤海湾上空的O3气团水平输入造成大连市区O3浓度超标。

O3污染属于区域性污染，O3及其前体物会随着大气环流扩散至其他区域。要预防O3污染，要做到加强区域联动，控制各个区域O3前体物的排放，从而降低O3对城市大气的污染。

〔1〕秦瑜.大气化学基础〔M〕.北京：气象出版社，2003.

〔2〕唐孝炎.大气环境化学〔M〕.北京：高等教育出版社，2006.

〔3〕王明星.大气化学〔M〕.北京：气象出版社，1999.

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〔5〕徐家骝，朱毓秀.臭氧和氮氧化物四季浓度特征及其相关性〔J〕.上海环境科学，1998，17(1)：36-38.

〔6〕徐晓斌，向荣彪，丁国安，李兴生.中国大陆本底大气NMHC的浓度和构成及其与臭氧的关系，中国地区大气臭氧变化及其对气候环境的影响，周秀骥主编，气象出版社，67-81，1996b.

〔7〕从菁，孙立娟，蔡冬梅.大连市紫外线辐射强度分析和预报方法研究〔J〕.气象与环境学报.2009.25(3)：48-52.

Study on the Effect of Atmospheric Ozone Concentration in DaLian City By Exogenous Ozone Input from Bohai Bay

ZhangQian(Environment Monitoring Center Station of DaLian City DaLian LiaoNing 116023)

Based on observation data，it is found that the ozone air mass over Bohai bay makes effect on atmospheric ozone concentration in DaLian city under the control of the southwest wind，resulting in excessive atmospheric ozone concentration in spring and summer.

Bohai bay Southwest wind Ozone Excessive concentration

X511

A

1674-263X(2016)02-0075-04

2016-06-03

张倩(1985-)，女，硕士，工程师，主要从事环境监测工作。