冬季城市臭氧浓度变化规律分析
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∞ ∞ 趵 枞 人们 的高度重视 。 １ ． ２城市特点 能源结构 以煤炭 为主 ， 消化总量 占总能源的 ７ ５％以上 ， 仅 冬季 采暖期全市计划用煤就达 ３ ３ ３万 吨 ， 使得市区 的烟煤型污染非常严 重， 尤其出现在冬季采暖期。 在每年 的采 暖期 ， 一次污染物的排放量
图１ ２ ０ １ ２年采暖期臭氧浓度 日均值 日变化统计图
０
研究表 明，臭氧浓度与太 阳辐射强度具有相似 的变化 趋势 ， 在 善 太 阳辐射最 强时出现浓度 的峰值 ， 并 以天为周期 的循环变化 。图 １ 为市区采暖期 ０ ， 浓度小时均值 的 日变 化统计图 ，图 中曲线 明显呈 双峰变化规律 ， 表现 出了典 型的污染地 区 ０ ， 浓度 日变化特征 。日出 以后 ， 随着太 阳辐射 的增 强 ， 臭氧浓度逐 渐升高 ， 在１ ５ ： ０ ０—１ ６ ： ０ ０之 间 出现 最大值 ， 随着午后太 阳辐射强度 的减弱 ， 臭氧浓度也 逐渐降 图２ ２ ０ １ ２年 ３月 Ｏ 。 和 Ｃ Ｏ小时平均浓度的日变化 低， ２ ０ ： ０ ０达到较低值 ， 并在 ２ ０ ： ０ ０ ～２ ３ ： ０ ０维持在较低浓度 ， 从２ ４ ： ０ ０ 使臭 氧浓度在凌晨 开始升高并在次 日凌晨 ４点达到另外一个最 大值 ，然后逐 渐降低 ， 间无光照且温度较低不利于光化学反应 的进行 ， 在９ ： ０ ０～１ ０ ： ０ ０达到最低值 。 ０ ： ０ ０到 ５ ： ０ ０间 的变化较小 ， 但 维持在较高浓度 的水平 ， 这主要是 由 ３ 臭氧与主 要前体物 Ｃ Ｏ 的关 系 于夜间逆温层 的影响 ； ０ ， 浓度在凌晨 ５ ： ０ ０以后逐渐下降 ， 并在 ８ ： ０ ０ ， 冬 季采 暖期 需要 燃烧 大量 的煤 用于供暖 ， 使 得市区的烟煤型污 左右达到一天 中的最低值 ，这 主要是 因为夜间大气化学反应 对 ０ 染 非常严重 ， 空气 中的 Ｃ Ｏ浓度 明显高于非采暖期。Ｃ Ｏ在大气化学 的消耗和近地 面 ０ ， 的沉积 ， 另一个原因是由于太阳辐 射较 弱 ， 光化 ０ ， 的生成量小 。８ ： ０ ０以后 ，随着太阳辐射逐渐增 反应 过程 中重要 的组分之 一。Ｃ Ｏ在 大气 中主要是与 Ｏ Ｈ 自由基的 学反应受 到限制 ， 反 应［ ５ １ ， 由于 Ｃ Ｏ具有 还原性 ， 其浓 度决 定着 对流层大气 的氧化能力 强 ， 光化学反应逐渐增 强 ， ０ 浓度 开始 升高 ， １ ４ ： ０ ０～１ ５ ： ０ ｂ达到最大 ［ ６ － ７ １ 由于与 Ｏ Ｈ的反应 ， Ｃ Ｏ也是 ０ 的重要前体物之一 ，但 它对 ０ 值； 随后 ， 随着太 阳辐射逐渐 减弱 ， ０ ， 浓度 逐渐 降低 ， 直至夜 间 ２ ０ ： ｏ ， 然后 ０ ， 浓度基本上维持在较低的水平。Ｃ Ｏ小 时平均浓度也呈 的影响与 Ｎ Ｏ ｘ的浓度有关 ： 当大气 中 ＮＯ ｘ的浓度较低 时 ， Ｃ Ｏ与 Ｏ Ｈ ｏ 自由基 的反应会 降低 大气 中臭氧的浓度 ，当大气 中 Ｎ Ｏ ｘ的浓 度较 现出一高一低的双峰型变化规律 ， 且变化趋势 与 ０ ， 基本 一致 。Ｃ Ｏ ： ０ ０达 到最低值 ， 在１ ２ ： ０ ０—１ ６ ： ０ ０之间 Ｃ Ｏ的浓度处于 高时， Ｃ Ｏ的氧化反应会产 生 Ｉ － Ｉ Ｏ 。自由基 ，从而进一步反 应生成臭 浓度在凌晨 ６ 氧 。Ｃ Ｏ在 大气 中的平均 寿命为 １ — ２ 个月， 最终被氧化成 Ｃ Ｏ 。图 ２ 维持在较 高的水平 。 Ｃ Ｏ在 白天的峰值要高于夜 间的峰值 ， 是 由于 白
科 技 论坛
・ ３１・
冬季城市臭氧浓度变化规律分析
姜
（ 大连市环境监 测 中心， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ） 摘 要： 随着经济社会 的发展 ， 人们对环境质量更加重视 ， 光化学烟雾成为影响城 市环境 空气质量的重要 因素 。本文利用北方 某城 市 冬 季臭氧监测 的时间浓度 ， 对臭氧污染的浓度 时间以及 变化特征进行 了分析 ， 以及与一氧化碳 的浓度和 太阳辐射强度的关 系。 关键词 ： 臭氧 ； 辐射强度 ； 一氧化碳
和夜 晚对流层大气氧化能力 的主要物质 。此外 ， 臭氧本 身是 一种 重 要 的氧化剂 ， 具有强 氧化性 ， 高浓度 的臭氧对眼睛和 呼吸道有很 强 的刺 激性 ， 会对人 体皮肤 中的维生素 Ｅ 起 到破坏作用 ， 还会破坏人 体 的免疫机能 ， 诱发淋 巴细胞染色体病变 ， 加速衰老 ， 及损 害人体 肺 功 能甚 至导致癌症等严重疾病ｆ ２ － ￣ ｌ 。因此 ， 臭氧所造成 的危 害须引起
将达到全年高峰期 ， 环境 空气 中 Ｎ Ｏ ｘ 、 Ｃ Ｏ等光化学前体物浓度 的增 加必将对臭氧等二次污染物 的浓度产生影 响。因此 ， 对冬季采暖期 内臭氧浓度变化 的规律进行分析和研究 ，对 于环境的维护和治理 ，
尤其是预防光化学烟雾有着重要的现实意义 。 ２ 臭 氧 浓 度 的 时 间 变 化 ２ ０ １ ２ — １ ～３和 ｌ ｌ ～ｌ ２月冬季 采暖 期观察 的市区臭氧小时浓度 进行统计分析 ， 主要 统计特征见表 １ ｂ从 中可以看 出， 在 两年 的采 暖 期间 ０ ， 均处于浓度较低水平 ， 并且整个期 间没有观测 到大于《 环境 空气质量标准》 闯（ Ｇ Ｂ ３ ０ ９ ５ — ２ ０ １ ２ ）二 级 标 准 规 定 的小 时平 均 值 １ ６ ０ Ｉ ａ ， 咖， 的数据点 。采 暖期 间各 月的臭氧小时平均值都是 中间值 的１ ０ 倍 以上 ， 说 明低浓度 ０ 出现频率 较多。 数据及分析结果表明 ， 罢 市 区因冬季采暖 而增 加排放 的大气 污染物并没 有对大气臭 氧浓度 暑 造 成 十 分 明显 的影 响 。
１ 概 述
表１ ２ ０ １ ２ — １ —３ 和１ １ —１ ２月冬 季 采暖期 臭氧浓 度小 时均值 统 计特征
１ ． １ 臭氧危害 臭 氧（０ ， Ｏ Ｚ Ｏ Ｉ ｌ ｅ ）主要存在于地 球大气层 的平 流层 中 ， 是地球大 气 中的重要微量成分之一。它能起 到阻挡紫外线 、 保护地球生物 的 作 用；然 而在近地 面 的臭 氧却是一种 污染物 质［ １ ］ ， 是对 流层 中重 要 氧化剂 Ｏ Ｈ和 Ｎ Ｏ ， 的主要前 体物 。这两 种 自由基分别是控 制 白天
图１ ２ ０ １ ２年采暖期臭氧浓度 日均值 日变化统计图
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研究表 明，臭氧浓度与太 阳辐射强度具有相似 的变化 趋势 ， 在 善 太 阳辐射最 强时出现浓度 的峰值 ， 并 以天为周期 的循环变化 。图 １ 为市区采暖期 ０ ， 浓度小时均值 的 日变 化统计图 ，图 中曲线 明显呈 双峰变化规律 ， 表现 出了典 型的污染地 区 ０ ， 浓度 日变化特征 。日出 以后 ， 随着太 阳辐射 的增 强 ， 臭氧浓度逐 渐升高 ， 在１ ５ ： ０ ０—１ ６ ： ０ ０之 间 出现 最大值 ， 随着午后太 阳辐射强度 的减弱 ， 臭氧浓度也 逐渐降 图２ ２ ０ １ ２年 ３月 Ｏ 。 和 Ｃ Ｏ小时平均浓度的日变化 低， ２ ０ ： ０ ０达到较低值 ， 并在 ２ ０ ： ０ ０ ～２ ３ ： ０ ０维持在较低浓度 ， 从２ ４ ： ０ ０ 使臭 氧浓度在凌晨 开始升高并在次 日凌晨 ４点达到另外一个最 大值 ，然后逐 渐降低 ， 间无光照且温度较低不利于光化学反应 的进行 ， 在９ ： ０ ０～１ ０ ： ０ ０达到最低值 。 ０ ： ０ ０到 ５ ： ０ ０间 的变化较小 ， 但 维持在较高浓度 的水平 ， 这主要是 由 ３ 臭氧与主 要前体物 Ｃ Ｏ 的关 系 于夜间逆温层 的影响 ； ０ ， 浓度在凌晨 ５ ： ０ ０以后逐渐下降 ， 并在 ８ ： ０ ０ ， 冬 季采 暖期 需要 燃烧 大量 的煤 用于供暖 ， 使 得市区的烟煤型污 左右达到一天 中的最低值 ，这 主要是 因为夜间大气化学反应 对 ０ 染 非常严重 ， 空气 中的 Ｃ Ｏ浓度 明显高于非采暖期。Ｃ Ｏ在大气化学 的消耗和近地 面 ０ ， 的沉积 ， 另一个原因是由于太阳辐 射较 弱 ， 光化 ０ ， 的生成量小 。８ ： ０ ０以后 ，随着太阳辐射逐渐增 反应 过程 中重要 的组分之 一。Ｃ Ｏ在 大气 中主要是与 Ｏ Ｈ 自由基的 学反应受 到限制 ， 反 应［ ５ １ ， 由于 Ｃ Ｏ具有 还原性 ， 其浓 度决 定着 对流层大气 的氧化能力 强 ， 光化学反应逐渐增 强 ， ０ 浓度 开始 升高 ， １ ４ ： ０ ０～１ ５ ： ０ ｂ达到最大 ［ ６ － ７ １ 由于与 Ｏ Ｈ的反应 ， Ｃ Ｏ也是 ０ 的重要前体物之一 ，但 它对 ０ 值； 随后 ， 随着太 阳辐射逐渐 减弱 ， ０ ， 浓度 逐渐 降低 ， 直至夜 间 ２ ０ ： ｏ ， 然后 ０ ， 浓度基本上维持在较低的水平。Ｃ Ｏ小 时平均浓度也呈 的影响与 Ｎ Ｏ ｘ的浓度有关 ： 当大气 中 ＮＯ ｘ的浓度较低 时 ， Ｃ Ｏ与 Ｏ Ｈ ｏ 自由基 的反应会 降低 大气 中臭氧的浓度 ，当大气 中 Ｎ Ｏ ｘ的浓 度较 现出一高一低的双峰型变化规律 ， 且变化趋势 与 ０ ， 基本 一致 。Ｃ Ｏ ： ０ ０达 到最低值 ， 在１ ２ ： ０ ０—１ ６ ： ０ ０之间 Ｃ Ｏ的浓度处于 高时， Ｃ Ｏ的氧化反应会产 生 Ｉ － Ｉ Ｏ 。自由基 ，从而进一步反 应生成臭 浓度在凌晨 ６ 氧 。Ｃ Ｏ在 大气 中的平均 寿命为 １ — ２ 个月， 最终被氧化成 Ｃ Ｏ 。图 ２ 维持在较 高的水平 。 Ｃ Ｏ在 白天的峰值要高于夜 间的峰值 ， 是 由于 白
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冬季城市臭氧浓度变化规律分析
姜
（ 大连市环境监 测 中心， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ） 摘 要： 随着经济社会 的发展 ， 人们对环境质量更加重视 ， 光化学烟雾成为影响城 市环境 空气质量的重要 因素 。本文利用北方 某城 市 冬 季臭氧监测 的时间浓度 ， 对臭氧污染的浓度 时间以及 变化特征进行 了分析 ， 以及与一氧化碳 的浓度和 太阳辐射强度的关 系。 关键词 ： 臭氧 ； 辐射强度 ； 一氧化碳
和夜 晚对流层大气氧化能力 的主要物质 。此外 ， 臭氧本 身是 一种 重 要 的氧化剂 ， 具有强 氧化性 ， 高浓度 的臭氧对眼睛和 呼吸道有很 强 的刺 激性 ， 会对人 体皮肤 中的维生素 Ｅ 起 到破坏作用 ， 还会破坏人 体 的免疫机能 ， 诱发淋 巴细胞染色体病变 ， 加速衰老 ， 及损 害人体 肺 功 能甚 至导致癌症等严重疾病ｆ ２ － ￣ ｌ 。因此 ， 臭氧所造成 的危 害须引起
将达到全年高峰期 ， 环境 空气 中 Ｎ Ｏ ｘ 、 Ｃ Ｏ等光化学前体物浓度 的增 加必将对臭氧等二次污染物 的浓度产生影 响。因此 ， 对冬季采暖期 内臭氧浓度变化 的规律进行分析和研究 ，对 于环境的维护和治理 ，
尤其是预防光化学烟雾有着重要的现实意义 。 ２ 臭 氧 浓 度 的 时 间 变 化 ２ ０ １ ２ — １ ～３和 ｌ ｌ ～ｌ ２月冬季 采暖 期观察 的市区臭氧小时浓度 进行统计分析 ， 主要 统计特征见表 １ ｂ从 中可以看 出， 在 两年 的采 暖 期间 ０ ， 均处于浓度较低水平 ， 并且整个期 间没有观测 到大于《 环境 空气质量标准》 闯（ Ｇ Ｂ ３ ０ ９ ５ — ２ ０ １ ２ ）二 级 标 准 规 定 的小 时平 均 值 １ ６ ０ Ｉ ａ ， 咖， 的数据点 。采 暖期 间各 月的臭氧小时平均值都是 中间值 的１ ０ 倍 以上 ， 说 明低浓度 ０ 出现频率 较多。 数据及分析结果表明 ， 罢 市 区因冬季采暖 而增 加排放 的大气 污染物并没 有对大气臭 氧浓度 暑 造 成 十 分 明显 的影 响 。
１ 概 述
表１ ２ ０ １ ２ — １ —３ 和１ １ —１ ２月冬 季 采暖期 臭氧浓 度小 时均值 统 计特征
１ ． １ 臭氧危害 臭 氧（０ ， Ｏ Ｚ Ｏ Ｉ ｌ ｅ ）主要存在于地 球大气层 的平 流层 中 ， 是地球大 气 中的重要微量成分之一。它能起 到阻挡紫外线 、 保护地球生物 的 作 用；然 而在近地 面 的臭 氧却是一种 污染物 质［ １ ］ ， 是对 流层 中重 要 氧化剂 Ｏ Ｈ和 Ｎ Ｏ ， 的主要前 体物 。这两 种 自由基分别是控 制 白天