刘 晔，甘小兵，邱 坚

(镇江市环境监测中心站预警室，江苏镇江 212000)

近几年，随着城市化的快速发展和机动车保有量的急速增加，城市光化学烟雾污染日益严重。城市光化学烟雾是含有氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs)、一氧化碳(CO)等物质的大气在太阳辐射下产生的以高浓度臭氧(O3)为特征的混合物［1］。O3作为光化学烟雾的重要指示物和特征污染物，其浓度变化特征和影响因素引起了不少学者的关注［2－4］，特别是2012年新修改的《环境空气质量标准》(GB 3095－2012)将臭氧浓度列入评价因子之后，全国各大城市纷纷开展O3浓度监测工作。镇江市环境监测中心站从2007年开始进行大气O3本底浓度监测，在O3浓度监测方面收集了大量数据，积累了一些经验。

本文基于镇江市区4个国控空气自动监测站2012年7月至2013年6月的观测数据，拟研究镇江市区O3浓度的特征与变化规律，以揭示镇江市区O3本底浓度特征，全面提高对镇江市区空气质量问题的认识，为防治光化学污染提供依据。

1 材料与方法

镇江市区有4个国控空气自动监测站，分别位于润州区环境监测站(119°26'E，32°12'N)、京口区职教中心(119°29'E，32°13'N)、丹徒区监测站(119°26'E，32°8'N)、新区办事处(119°41'E，32°11'N)。这4 个监测点覆盖整个镇江市区，将4个站点的数据平均后得出的监测数据可以表征镇江市区大气污染特点。

本文中的空气质量数据和除日照时数外的气象参数均来自上述4个国控空气自动监测站，日照相关数据来自镇江市气象台的手工监测数据。O3，NOx，CO的观测分别采用澳大利亚 Ecotech公司ML9810型O3监测分析仪、ML9841型NOx监测仪和ML9830型CO监测仪进行，PM10采用美国热电公司1405型振荡天平法监测仪进行观测。

监测方法:对镇江市区2012年7月1日至2013年6月30日的大气进行在线监测，每天24 h连续工作，并在观测期间定期进行质量控制，每天审核数据的有效性，根据数据审核规则剔除无效数据。

2 结果与讨论

2.1 O3污染总体情况

图1给出了观测期间O3日最大小时平均浓度和日最大8小时平均浓度的时间趋势。由《环境空气质量标准》(GB 3095－2012)可知，二级质量空气O3日最大小时平均浓度和日最大8小时平均浓度的限值分别为0.2 mg/m3和0.16 mg/m3。依照该标准，镇江市区O3日最大小时平均浓度有1 d超标，出现在2012年9月20日，O3日最大8小时平均浓度有2 d超标，分别出现在2012年5月21日和6月22日。与南京、上海、广东等城市［5］相比，镇江市区的O3年均值浓度为0.046 mg/m3，污染情况较轻。从图1可以看出，冬季O3浓度较低，变化幅度较小，夏季O3浓度较高，变化幅度较大。究其原因，可能是夏季降水量多、太阳辐射强、日照时数变化大，冬季降水量偏小、太阳辐射弱、日照时数变化不大。

图1 O3日最大小时平均浓度和日最大8小时平均浓度变化

2.2 O3季节变化特征

根据气象学的分法，每年的3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—次年2月为冬季。从图2可以看出，O3小时浓度在四季均呈明显的单峰型分布，O3小时浓度日最小值除冬季出现在7:00—8:00外，其余均出现在6:00—7:00;O3小时浓度日最大值出现在15:00—16:00。因为大气中O3的浓度受温度、太阳辐射强度和前体物浓度的影响较大，所以日间O3浓度出现峰值，而在清晨出现低谷。这与文献［6－8］中报道的城市O3浓度日变化规律一致。从图2还可以看出，夏季日间O3的浓度最高，春季和秋季次之，冬季最低。而在夜间同时段，秋季O3浓度最低。春季O3小时浓度高于夏季。在3:00—7:00的4 h间，夏季O3浓度甚至低于冬季。这一趋势与文献［6－8］中报道的很多城市情况并不完全一致。夏季太阳辐射最强，有利于O3的生成，所以与其他城市一样，夏季日间O3浓度最高。而在春季和冬季夜间O3浓度高于夏季，一方面可能是由于春季大气运动比较频繁，O3的垂直输送效果明显，平流层的O3被带入对流层，导致春季夜间O3浓度高于夏季;另一方面，冬季的大气扩散条件相对于夏季较差，导致冬季夜间个别时段O3浓度高于夏季。

图2 O3小时浓度随季节变化情况

2.3 O3与前体物浓度变化特征

作为二次污染物，O3的生成受NOx，CO，VOCs等前体物浓度和化学反应的影响，日间太阳辐射的光化学反应是O3浓度日变化的基础。以春季为研究对象，图3展示了臭氧及其前体物的日变化情况。从图3中可以看出，NO在大气中的含量很低，而且小时浓度随时间的变化不大，略呈单峰型分布，浓度最大值出现在早上8:00。NO2和CO的浓度略呈双峰型分布，NO2浓度最小值出现在日间14:00左右，峰值分别出现在清晨和夜晚;CO浓度变化趋势基本与NO一致。与NOx和CO的变化趋势形成鲜明对比，O3浓度变化呈单峰型分布，最大值出现在日间14:00左右，最小值出现在清晨7:00左右。这是因为日间光化学反应不断消耗NOx，生成O3使得NOx浓度不断降低，O3浓度不断增高;夜间NOx等前体物不断积累并消耗O3，导致O3浓度在日出前出现最小值。O3的浓度与CO，NOx浓度呈明显的负相关关系。

图3 O3与前体物浓度变化

2.4 O3周末效应

图4给出了春季镇江市区工作日与周末O3，NO2和PM10浓度变化情况。可以看出，镇江市区周末的O3浓度高于工作日，而周末NO2浓度低于工作日，呈现明显的“周末效应”。这一趋势与法国马赛［9］、美国加州［10］、图森［11］、上海［12］等城市的研究结果一致，与南京［13］的研究结果相反。单文坡等［14］指出，工作日期间人类活动频繁导致大气颗粒物浓度较高，能见度降低，还导致大气光透过率降低，因此工作日大气光化学反应弱于周末。可以看出，工作日PM10浓度明显高于周末，这与单文坡等［14］的研究结论一致。

图4 O3浓度周末效应

2.5 气象条件对O3浓度的影响

气象条件是影响近地面大气O3浓度的重要因素之一。气象条件中比较重要的影响因素有日照时数、气温、风向、风速等。夏季气象条件变化大，O3日浓度变化幅度大，而冬季气象扩散条件差，O3处于较低浓度，变化幅度小，冬季和夏季并非研究气象条件影响的最佳时段，因此，本文选择春末夏初(2013年6月)来研究各气象因素对O3浓度的影响。

图5给出了日照时数、气温、风速对O3浓度的影响。由于O3的生成为光化学反应过程，因此日照时数较长的日期里，O3浓度也较高，可以看出，6月有2 d的O3日均浓度超过0.09 mg/m3，其日照时数均超过9 h;较高的风速有利于大气污染物的扩散，从而降低O3的浓度。可以看出，风速与O3浓度有较明显的负相关关系，风速较快的日期里，O3浓度较低。

图5 日照时数、气温、风速对O3浓度的影响

风向对O3浓度有重要影响，尤其在存在局地污染源时，风向产生的长距离输送对O3浓度有重要影响。来自清洁地区的气流中污染气体浓度一般较低，而来自污染地区的气流中往往混杂着大量污染气体，可能包括O3及其前体物［13］。以2013年春季(3—5月)为研究对象，分析风向和O3浓度的关系。图6是镇江市区2013年春季O3浓度风向玫瑰图。可以看出，在东、西风的影响下，镇江市区O3浓度最高，在西北风和南风的影响下，O3浓度最低。这与镇江市区东西方向各有2个大工业园区的工业布局一致，反映出市区的O3污染受周边工业影响较为显著。

图6 O3浓度风向玫瑰图

3 结论

1)统计时段内，镇江市区O3超标仅有3 d，年均值为0.046 mg/m3，污染情况较轻。O3浓度呈现明显的季节特征，日间夏季浓度最高，夜间秋季浓度最低。O3浓度与NOx，CO等前体物浓度分布呈负相关关系。O3周末浓度高于工作日，而周末NO2浓度低于工作日，呈现明显的“周末效应”。

(2)气象条件对O3浓度有重要影响:长日照时数有利于O3的生成，较高风速有利于O3的扩散，在东、西风影响下，镇江市区O3浓度较高，南风和西北风影响下，镇江市区O3浓度最低。

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