大连市典型点位O3 污染原因分析

徐洁

（辽宁省大连生态环境监测中心，辽宁大连 116023）

1 引言

近几年，国内学者对环境空气中O3污染分析多以城市或区域尺度的分析为主，例如潘本锋等［1］对2013—2014 年京津冀地区13 个城市的O3污染特征和来源进行了分析，贾海鹰等［2］对2015 年北京及周边地区O3浓度特征及区域来源进行了分析，刘枢等［3］对辽宁省环渤海地区O3污染趋势及时空分布特征进行了分析，但国内学者对于单独的典型点位的精细化分析较少。单独点位的分析能够避免区域分析的平均效应，更为细致和准确地分析环境空气中O3浓度与污染源和气象因素的关系。星海三站点位是大连市10 个国控大气自动监测点位之一，临近海边和交通干道，O3污染较重，具有典型的O3污染特征。因此，本研究选取星海三站点位为典型点位，分析其2017 年O3污染的现状及成因，为其他点位的分析提供借鉴，为大连市的O3污染防治提供参考和依据。

星海三站点位（121°33′50″E，38°53′06″N）位于大连市主城区，南临海岸线，距海岸线仅0.7 km，周边临近居民区、医院、小学、公园。点位西侧100 m 左右为一条东南—西北走向的街道，点位南侧500 m左右为交通干线中山路，车流量较大，在早、晚交通高峰期拥堵时间较长。

2 O3 污染现状

2017 年星海三站点位O3超标月份主要集中在4—7 月。2017 年4—7 月星海三站O3百分位浓度分别为170，206，254，184 μg/m3，在大连市10 个国控点位中按浓度从高到低排名分别为第2、第3、第2、第1 位。与其他点位相比，星海三站点位O3污染程度较重。下面以2017 年5 月观测的数据为例，分析星海三站点位O3污染原因。

3 O3 污染原因分析

3.1 O3 日生成量分析

污染物的日变化曲线能够展示出污染物在一天中的生消变化和特征，图1 为2017 年5 月大连市10 个国控点位O3日变化曲线。由图1 可以看出，星海三站点位O3浓度从01：00 时至24：00 时均高于其他点位，峰值浓度尤为显著。

图1 2017 年5 月大连市10 个国控点位O3 日变化曲线

假设大连市区10 个国控点位O3受到外来源传输影响程度相同，那么O3日变化的最大值减去最小值就可被认定为O3的日生成量。图2 为2017 年5月大连市10 个国控点位O3日生成量，由图2 可以看出，星海三站的O3日生成量在大连市10 个国控点位中排第2 位，说明星海三站点位的O3本地光化学反应生成的量较其他点位多，本地光化学反应生成是星海三站点位O3浓度较高的原因之一。

图2 2017 年5 月大连市10 个国控点位O3 日生成量

3.2 VOCs 环境浓度分析

2017 年5 月，星海三站在线VOCs 监测系统共检测出54 种VOC，TVOCs 平均浓度为12.48 ppb。浓度占前10 位的物种分别为丙烷、环戊烷、乙烷、乙烯、正丁烷、甲苯、苯、异丁烷、异戊烷和3－甲基戊烷，这10 种物质浓度之和占到TVOCs 浓度的79%。

苯是机动车尾气中VOCs 的典型物种，而甲苯除机动车外还受多种污染源的影响，因此利用甲苯和苯的比值（T/B）可以初步确定VOCs 中苯系物的来源。研究表明，T/B 比值小于2.0 时主要表征机动车来源［4］，而受溶剂挥发等其他VOCs 排放源影响时，T/B 比值则相对较大［5］。2017 年5 月星海三站T/B 的比值为1.59，说明星海三站苯和甲苯的来源为机动车排放。

物种的日变化在一定程度上可以用于判断该物种的排放来源，图3 为星海三站点位浓度前10 位VOC 的日变化曲线。从这10 种物质的日变化曲线可以看出，丙烷日变化呈早晚双峰，早晚高峰出现在08：00 时和21：00 时，乙烯白天浓度高于夜间，异戊烷日变化呈单峰，苯和甲苯日变化趋势接近一致，说明苯和甲苯均来自机动车排放，环戊烷、乙烷、正丁烷和异丁烷全天比较稳定，无明显日变化，说明这些物种性质比较稳定。

图3 2017 年5 月星海三站点位浓度前10 位VOC 的日变化曲线

3.3 O3 生成控制敏感性分析

采用VOCs 与NOX的比值来判断O3生成受VOCs 控制还是NOX控制，是一种定性分析大气O3质量浓度与VOCs 和NOX关系的方法［6-7］，可以定性分析大气中O3浓度与NOX和VOCs 的关系。在城市典型大气条件下，当VOCs/NOX小于5.5 时，NO2与·OH 的反应就比VOCs 与·OH 的反应快，O3生成对VOCs 浓度比较敏感，NO2与·OH 反应从VOCs 氧化循环中去除了OH 自由基，从而抑制了O3的生成，因此减少NOX将有利于O3的生成。2017 年5 月，星海三站点位NOX平均浓度为28.37 ppb，VOCs/NOX为0.44，远小于5.5，因此星海三站点位O3生成对VOCs 浓度敏感，且减少NOX将有利于O3的生成。

3.4 区域传输分析

通过统计2017 年5 月星海三站点位小时风向风速与O3浓度的关系，可以得到不同风向下的O3浓度和风速，来反映区域传输状况。由表1 可以看出，在西南风（SW）的时候，星海三站点位O3浓度最高，达到185 μg/m3，其次为西南偏南风（SSW），O3浓度为149 μg/m3，这两个风向下风速分别为3.8 m/s 和3.2 m/s，均处于一个较高的水平，说明星海三站点位O3污染受到西南方向的京津冀南部及西南偏南方向的山东中西部污染输送影响较大，且这种区域污染输送需要在一定的风速基础上才能够实现。同时可以看出，在东风（E）和东北风（NE）时，星海三站点位O3浓度较低，风速也较低，说明来自东北方向的气流较为干净，对星海三站点位的O3浓度起到稀释的作用；在北风（N）时，星海三站点位的O3浓度也较低，且风速较大，说明一般北风带来了冷空气和降温，一方面不利于O3的生成，另一方面水平扩散条件较好，有利于O3的水平扩散。

表1 2017 年5 月星海三站点位不同风向下O3 浓度和风速统计

4 结论

通过对星海三站点位污染现状、O3日生成量、前体物VOCs 环境浓度、风向风速的分析，从本地生成和区域传输两方面分析了该点位O3污染原因，结论如下：

（1）星海三站点位O3日生成量在大连市10 个国控点位中位列第2 位，说明本地光化学反应生成是星海三站点位O3浓度在10 个国控点位中处于较高水平的原因之一。

（2）VOCs 在线观测结果显示，星海三站点位甲苯和苯的浓度较高，日变化趋势接近一致，且其比值小于2.0，说明星海三站点位O3主要受持续性机动车尾气排放影响。

（3）星海三站点位的VOCs/NOX比值为0.44，远小于5.5，说明星海三站点位O3生成对VOCs 浓度敏感，且减少NOx 将有利于O3的生成。

（4）在西南风（SW）和西南偏南风（SSW）下，星海三站点位O3浓度均较高，且风速较高，说明星海三站点位O3污染受到西南方向的京津冀南部及西南偏南方向的山东中西部污染输送影响较大，且这种区域污染输送需要在一定的风速基础上才能够实现。