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近地面臭氧(O3)是由少量天然源和大量人为源排放的氮氧化物(NOx)和可挥发性有机物(VOCs),在一定光照条件下经过一系列复杂的光化学反应产生的[1-3]。O3具有强氧化性,对人类健康和植物生长起到负面作用[4-5],同时也是形成光化学烟雾的重要成因。近些年,随着经济的快速发展和城镇化进程的日益加快,我国城市O3浓度急剧上升,很多城市O3存在超标问题,已成为继PM2.5后影响城市空气质量的一种重要二次污染物。生态环境部每年会发布中国生态环境状况公报,原全国338个地级及以上城市2018、2017和2016年以O3为首要污染物的超标天数比例分别为8.4%、7.6%和5.2%。如今O3污染已经受到人们的广泛关注,国内学者[6-7]利用观测数据研究了我国O3浓度的时空特征及机理。赵乐等[8]分析了石家庄夏季典型时段O3污染特征并对O3的来源进行了解析,发现含氧挥发性有机物(OVOCs)对O3生成潜势的贡献最大。潘本锋等[9]发现京津冀地区O3质量浓度较高的月份集中在5~9月,12月~次年1月浓度最低,控制O3前体物的源排放是控制O3污染的有效途径。周学思等[10]利用珠海市两个环境空气质量国控站的数据分析了2013~2016年珠海市O3浓度特征及其与气象因素的关系。陈宜然等[11]利用上海市2010年自动观测数据分析了近地O3与其前体物的季节变化规律及相关性。以上研究主要集中在污染较重的京津冀、珠三角和长三角等城市,对于东北地区,尤其像沈阳市这种典型重工业城市O3的研究尚为缺乏,仅有3篇中文文献报道[12-14],而针对O3长时间变化特征的研究还鲜有报道。
2013年以来,生态环境保护部开展了包括SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3等6种环境空气中污染物的常规监测,为在区域和全国尺度利用近地面连续监测数据开展 O3污染时空特征研究提供了条件。本文选取沈阳市2013~2019年沈阳市11个国控监测站O3浓度在线监测数据,从时间和空间上展开研究,较为全面系统地分析了沈阳市近地面O3时空特征与演变规律,有助于及时发现 O3污染变化情况,为污染控制和空气质量预测提供科学依据。
沈阳市2013~2019年臭氧长时间序列时空变化特征研究
Temporal and spatial characteristics of long time series of ozone in Shenyang from 2013 to 2019
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摘要: 利用2013~2019年沈阳市11个国控监测站近地层臭氧浓度在线监测数据,分析了沈阳市臭氧长时间序列时空变化规律。结果表明: 自2013年以来以O3为首要污染物的天数逐年增加,2017年达到高值;O3-8h呈现先升高后降低,再升高再降低的趋势;O3-8h各个百分位数浓度均呈缓慢增加趋势,年平均增速为 2.22 μg/m3,99%百分位数增速最大,增速为3.30 μg/m3,50%百分位数增速最小,增速为1.00 μg/m3;O3-8h和O3-1h月变化呈现明显的单峰型,峰值出现在每年6月或7月,11月~次年2月处于较低水平;O3日变化呈现明显的“单峰型”,白天浓度明显高于夜间,15:00达到峰值,22:00~次日7:00维持在较低浓度;O3-1h的5%、25%、50%、75%、95%和99%百分位数和均值24小时变化曲线表明O3-1h浓度超标时间段主要在12:00~18:00;三环外监测站O3浓度明显高于三环及以内监测站,市中心有明显低值区;高浓度区主要集中于城市东北部和西南部。Abstract: Based on the on-line monitoring data of the near surface ozone concentration from 11 national monitoring stations in Shenyang from 2013 to 2019, the temporal and spatial variation characteristics of long time series of ozone is analyzed. The results show that the number of days with O3 as the primary pollutant increases year by year since 2013, reaching a high value in 2017. The monitoring data of O3-8h shows a trend of increasing - decreasing - increasing - decreasing. The annual average growth rate is 2.22 μg/m3, and the 99% percentile is the largest, with the growth rate of 3.30 μg/m3. The 50% percentile has the smallest growth rate, which is 1.00 μg/m3. The monthly changes of O3-8h and O3-1h show a trend of obvious unimodal type, the peak appears in June or July every year, while the peak value is low from November to February. The daily change of O3 is an obvious "single peak", and the daytime concentration is higher than that at night, reaching the peak at 15:00, and the concentration remains at a lower concentration from 22:00 to 7:00 of the next day. The curve of 5%, 25%, 50%, 75%, 95% and 99% percentile and mean 24-hour variation of O3-1h show that the time period of exceeding the standard concentration of O3-1h is mainly 12: 00-18: 00. The concentration of O3 in the monitoring station outside the Third Ring Road is significantly higher than that in the monitoring station within the Third Ring Road. There is an obvious low value area in the downtown of the city. The high concentration areas are mainly concentrated in the northeast and southwest of the city.
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Key words:
- ozone /
- long-term /
- variation characteristics /
- Shenyang
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表 1 沈阳市2013~2019年污染日情况统计
d t/a 轻度污染 中度污染 重度污染 严重污染 合计 PM10 PM2.5 O3 SO2 PM10 PM2.5 O3 PM10 PM2.5 O3 PM10 PM2.5 2013 11 55 9 9 0 24 1 0 32 0 0 9 150 2014 12 59 31 8 0 35 3 0 23 0 1 2 174 2015 10 59 26 1 2 23 5 0 24 0 2 6 158 2016 4 53 36 0 2 9 0 2 10 0 1 0 117 2017 4 37 32 0 0 20 5 1 7 3 0 0 109 2018 2 33 31 0 0 6 5 0 1 1 0 0 79 2019 4 27 30 0 0 11 2 0 6 0 1 0 81 合计 47 323 195 18 4 128 21 3 103 4 5 17 868 表 2 沈阳市2016~2019 a臭氧污染日各监测站O3-8 h浓度统计
μg·m-3 t/a 三环以外监测站 三环及以内监测站 背景站 东陵路 裕农路 京沈街 沈辽西路 新秀街 文化路 浑南东路 太原街 小河沿 陵东街 森林路 2016 107 107 109 107 90 95 91 83 85 72 81 2017 105 107 107 102 95 90 96 90 93 103 98 2018 97 99 102 101 87 85 89 85 88 95 100 2019 100 102 99 103 98 96 96 88 91 97 98 均值 102 104 104 103 93 92 93 87 89 92 94 -
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