宜昌市山區縣臭氧時空分布規律研究

湯維敏 周訓宇 張帥 汪萬軍 張娟 萬一里

摘? 要：近地面臭氧是環境空氣污染的典型次生污染物，是重要的生態環境監測對象。通過監測宜昌市5個山區縣與3個平原縣2017—2021年臭氧濃度，分析臭氧隨年、季度、月、日變化，總結臭氧時空分布規律，以期對宜昌市及類似區域臭氧污染防控提供參考。

關鍵詞：臭氧；宜昌市；山區縣；時空分布；污染防控

中圖分類號：X703? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-0098-04

Abstract： Near-surface ozone is a typical secondary pollutant of ambient air pollution and an important ecological monitoring object. By monitoring the ozone concentrations in five mountainous counties and three plain counties of Yichang City from 2017 to 2021， the annual， quarterly， monthly and daily changes of ozone were analyzed， and the temporal and spatial distribution of ozone was summarized， in order to provide reference for the prevention and control of ozone pollution in Yichang and other areas with the same situations.

Keywords： ozone; Yichang City; mountainous county; spatio-temporal distribution; pollution prevention and control

臭氧主要由氮氧化物、一氧化碳和揮發性有機物等在陽光下發生光化學反應生成，屬于強氧化劑，達到一定濃度后會對人體健康、農作物生長、生態環境、城市建筑等造成極大危害[1-2]。20世紀40年代美國洛杉磯發生了最早的臭氧污染事件，之后西方發達地區和國家如歐洲、澳大利亞、日本等都出現了這種污染空氣的現象[3]。在防治臭氧污染方面歐美國家的實踐工作起步較早，歐美國家率先開展對臭氧污染防治的研究并開展監測，在臭氧監測網絡構建、標準制定、防治組織建立、環保政策制定執行和評估等方面積累了大量有益的經驗，對我國臭氧污染的科學應對和防治具有較強的借鑒意義[4]。

近年來，我國對于近地面臭氧污染分析和防治工作越發重視，專家學者針對大型城市群開展了臭氧分析工作[5-7]。據報道，全國339個地級及以上城市2017年至2021年以臭氧為首要污染物的超標天數比例分別為7.6%、8.4%、7.6%、4.9%和4.4%，2021年臭氧的超標天數占總超標天數的34.7%。為進一步加強臭氧污染防控，研究區域性長時間臭氧時空分布規律十分有必要[8-10]。根據環境監測數據，近幾年宜昌市近地面臭氧呈現出逐步上升的趨勢，成為了制約空氣質量持續改善的重要因素[11]。本文主要研究宜昌市山區縣及平原縣區域長時間臭氧時空分布規律，以期發現山區縣與平原縣變化規律差別，為臭氧污染控制提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 監測點位

宜昌位于長江中上游結合部，地處鄂西山區與江漢平原交匯過渡地帶。山區占67.4%，丘陵占22.7%，平原占9.9%。宜昌地形復雜，高低相差懸殊，山區、丘陵、平原兼有。地勢自西北向東南傾斜。西部的興山、秭歸、長陽、五峰為山區，當陽、遠安、宜都等縣為丘陵，長江、清江和沮漳河交匯兩側的枝江、當陽、宜都等縣的部分區域為平原。根據監測站點所在位置，本文界定五峰、興山、遠安、秭歸和長陽站點為山區站點，宜都、當陽、枝江為平原區站點。各點位信息見表1。

1.2? 儀器設備

環境空氣自動監測點位臭氧監測使用儀器分別為美國熱電、武漢天虹臭氧分析儀，校準儀器為武漢天虹的零氣發生器、儀器標定動態氣體發生器，測量原理均為紫外吸收法，采樣頻率為24 h連續自動監測，選擇的采樣周期為2017—2021年全年。臭氧分析儀每年定期由采購的有資質的第三方進行儀器校準和溯源。

1.3? 分析方法

根據GB 3095—2012《環境空氣質量標準》和HJ 663—2013《環境空氣質量評價技術規范（試行）》的相關規定，本文將日最大8 h滑動平均（MDA8）超過160 μg/m3定義為一個O3污染日。按照HJ 633—2012《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》的相關要求，依據MDA8，將空氣質量劃分為5個級別：優（0～100 ？滋g/m3）、良（101～160 ？滋g/m3）、輕度污染（161～215 ？滋g/m3）、中度污染（216～265 ？滋g/m3）、重度污染（266～800 ？滋g/m3）[5]。

2? 臭氧的時空分布特征

2.1? 各縣臭氧作為首要污染物的天數

對2017—2021年11個站點臭氧作為首要污染物天數分別進行統計，并將五峰、興山、遠安、秭歸和長陽5個站點數據作為山區縣總體分析，宜都、當陽、枝江等6個站點數據作為平原縣總體分析（見表2）。結果顯示，從年度來看，山區縣及平原縣2019年臭氧為首要污染物天數均相對其他年份大幅上升，而平原縣2017年天數最少，山區縣2018年天數最少。平原縣6個站點除了輕度污染以外，均有中度污染天數，而山區縣均未發生臭氧中度污染天氣。從空間來看，宜都市楊守敬大道站超標天數最多，興山縣豐邑大道站無超標天數。

2.2? 臭氧濃度的年度變化情況

將2017—2021年11個站點的MDA8按年度進行統計分析（如圖1所示，每一年份的柱狀圖從左至右依次為宜都市園林大道站、宜都市楊守敬大道站、當陽市友誼路站、枝江市體育路站、枝江市江漢大道站、當陽市錦屏大道站、平原縣均值、山區縣均值、五峰縣西北路站、長陽縣東峰嶺路站、興山縣豐邑大道站、秭歸縣屈原路站和遠安縣嫘祖路站），按照HJ 633—2013《環境空氣質量評價技術規范（試行）》中的評價方法，全年MDA8的第90百分位數為年評價值。從年度變化趨勢來看，整體呈現出2017—2019年逐年上升，2020年及2021年略微下降的趨勢。結果顯示，從空間變化趨勢來看，各個站點按濃度從低到高分別為興山縣、五峰縣、秭歸縣、遠安縣、長陽縣、當陽市、枝江市和宜都市，表現出山區縣濃度整體低于平原縣的情況。在山區縣中，興山縣5年濃度均值為95 ？滋g/m3，濃度明顯低于其他縣域。其次為五峰縣、秭歸縣，5年濃度均值分別為119、123 ？滋g/m3，第三梯隊為遠安縣、長陽縣、當陽市、枝江市和宜都市，5年濃度均值分別為135、137、138、140和143 ？滋g/m3。

2.3? 臭氧濃度季度變化特征

將2017—2021年MDA8按月季度進行統計分析（圖2），結果顯示，所有縣域主要呈現出二季度＞三季度＞一季度＞四季度的趨勢。將興山縣、五峰縣、秭歸縣、遠安縣和長陽縣5個站點作為山區縣總體分析，將陽市、枝江市、宜都市等6個站點作為平原縣總體分析，發現山區縣總體濃度低于平原縣，且對于山區縣而言，四季度明顯低于一季度，二季度與三季度相差幅度大于平原縣，而對平原縣來說，二、三季度濃度值比較接近，一、四季度相差較小。

圖2? 2017—2021年各站臭氧季度變化

2.4? 臭氧濃度月度變化特征

將2017—2021年MDA8按月進行統計分析，并且將山區縣、平原縣分別進行總體統計（圖3）。結果顯示，各縣域月均濃度變化主要呈“M”型雙峰值變化，這與湖北省或南方許多地方的趨勢基本一致。一般在1—5月臭氧濃度隨溫度的升高而升高，第一個峰值出現在6月，受季風氣候影響7月進入梅雨季節，降雨量增加，導致7月臭氧濃度出現明顯下降，8—9月臭氧濃度開始上升，達到第二個峰值，之后隨著溫度的降低而降低?？傮w來看，臭氧濃度高值主要集中在4—9月。

圖3? 2017—2021年各區縣臭氧月度變化

2.5? 臭氧濃度日變化特征

將2017—2021年山區縣站點（秭歸縣屈原路站、長陽縣東峰嶺路站、遠安縣嫘祖路站、興山縣豐邑大道站、五峰縣西北路站）、平原縣站點（宜都市園林大道站、宜都市楊守敬大道站、枝江市江漢大道站、枝江市體育路站、當陽市友誼路站和當陽市錦屏大道站）的臭氧小時濃度按各時刻進行匯總取均值（圖4和圖5）。結果顯示，山區縣站點和平原縣站點呈現出相同的單峰型，從早上7時或8時隨著氣溫、太陽輻射強度的增加、人為活動的增多而開始迅速上升，于15時或16時達到最高峰值，隨著輻射強度以及溫度的下降，臭氧濃度開始下降，直至次日7時或8時再次達到最低值。同時，低值區間各年度都比較相近，而高值區間卻相差較大。

3? 結論

通過分析宜昌市5個山區縣與3個平原縣2017—2021年臭氧濃度年、季度、月、日變化，發現山區縣臭氧年均濃度整體低于平原縣，季度規律呈現出二季度＞三季度＞一季度＞四季度的趨勢；月均濃度變化主要呈“M”型雙峰值變化，峰值主要在6月及9月；日變化均呈現出相同的單峰型。

圖4? 2017—2021年山區縣臭氧濃度日變化

圖5? 2017—2021年平原縣臭氧濃度日變化

參考文獻：

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