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【摘要】:本文主要对西安市2013年4-6月及2014年4-6月份的大气中O3污染状况进行分析,运用数理统计学的方法分析了O3浓度的分布规律,绘制了西安市春季主城区的O3污染物浓度等值线分布图,说明了春季西安市东南部地区的O3污染整体要轻于西北部地区。
【关键词】:春季;污染现状;分析
近年来,城市大气环境质量问题越来越受到人们的关注,逐渐成为了衡量城市综合实力的一项重要内容。本文主要针对近两年西安市春季O3污染的现状分析,运用数理统计学的方法分析O3污染物浓度的分布规律,并采用环境空气质量指数(即AQI)等进行综合分析比较。
1.研究方法
1.1 研究区概况
西安(34°16′N,108°54′E)位于关中平原腹地,属于温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,气候温和,雨量适中。春季温暖、干燥、多风;夏季炎热多雨,多雷雨大风天气;秋季凉爽,气温速降,秋淋明显;冬季寒冷,多雾、少雨雪。主导风向为东北风,第二主导风向为西南风。平均风速较低,静风频率比较高,不利于污染物的扩散。
1.2 采样点分布
采样点共计13个,分布于西安市的各个区域,其中9个采样点分布在主城区。此外,长安区、临潼区、阎良区、草滩各设一个采样点。
1.3 采样仪器
臭氧监测仪器为:49i型紫外光度法臭氧(O3)分析仪;二氧化硫监测仪器为:43i型脉冲紫外荧光法二氧化硫(SO2)分析仪;二氧化氮监测仪器为:42i型化学发光法二氧化氮(NO2)分析仪;一氧化碳监测仪器为:48i型气体滤波相关红外吸收法一氧化碳(CO)分析仪。对监测所得数据按照仪器规范进行了质量控制,剔除了无效数据。所有仪器均符合国家相关标准要求,定期进行了仪器校准,以确保数据准确有效。
1.4 数据采集及分析方法
对2013年4-6月和2014年4-6月期间进行收集整理,运用数理统计学的方法分析O3污染物浓度的分布规律,通过计算并运用surfer、Origin软件绘图等方式对西安市春季O3污染现状进行分析。
2.大气污染现状分析
2.1 西安市O3的时空分布特征
2014年春季西安臭氧污染改善非常的明显,远低于2013年同期水平,达到国家一级标准[1]。可能与节能减排措施、能源结构改造措施、汽车尾气的治理等措施以及温度等气象条件变化关系比较密切。西安市东南部地区的O3污染要轻于西北部地区,这与西安市的人口、工业区以及车流量的分布基本吻合。在西安整体污染情况有所改善的情况下,城北的污染加重更应该引起人们的警觉。
2.2 O3浓度时间序列分析
2014年4-6月O3的浓度随时间呈现递增趋势,6月O3污染尤其严重,已成为主要污染物。近两年O3的浓度变化趋势基本一致,可能和温度等气象条件的变化相关性较大,时间性明显。2014年4-6月O3污染较2013年同期明显改善,总体污染水平明显低于2013年同期。尽管对于不同地区和不同大气环境下,控制O3浓度变化的前体物有所不同,但主要的前体物一般可以分为:NOx、VOCs、CO和CH4四类[2-3]。其中,CO和CH4是远离工业污染的农村地区影响大气O3的最主要的前体物;由于城市和工业地区NOx和VOCs的人为源较多,所以其浓度较高,是控制O3浓度的重要前体物。西安市的目前的大气污染是机动车尾气与燃煤排放的复合型污染,所以氮氧化物和VOCs的排放量比较大,此外气象条件是影响对流层O3的最主要因素之一,是造成近地面O3浓度昼夜变化、日际变化、季节变化、年际变化的根本原因。
2.3 O3小时浓度变化规律
从O3的日变化来看,最大值可以出现在一天中的任何时刻,但中午至午后之间出现的频率最大,日落至午夜之间的频率最小;O3最小值一般出现在黎明日出前。另外,污染地区大气的O3与人类活动有很大关系,近地面O3是光化学烟雾的首要污染物,占光化学反应产物的85%以上。光化学烟雾在白天生成,傍晚消失,污染高峰一般出现在中午至午后[4-5]。
近两年春季每个月O3小时浓度变化规律比较一致,特点比较明显,为明显的单峰分布,白天浓度高于晚间浓度,浓度峰值出现在下午温度较高和日照较强烈的时段。与O3浓度时间序列一致,4-6月显现递增趋势。同时可以看出除了2014年6月份小时浓度峰值高于2013年同期,其余时段2014年都要低于2013年同期,所以2014年春季O3平均浓度要低于2013年同期。
O3同氮氧化物(NOx=NO2+NO)之间的光化学反应方程式如下[10]
NO2+hv→NO+O(3p) (1)
O(3p)+O2+M→O3+M (2)
O+O3→NO2+O2 (3)
式中M是中性第三体,其作用是维持反应过程的动量和能量守恒,可由氮气、氧气等分子充当。上述三个反应为一个快速循环过程,该过程的反应平衡主要依赖于紫外线强度和NOx的浓度,因此,O3白天浓度高于晚间浓度,浓度峰值出现在下午温度较高和日照较强烈的时段。当没有光照时,(3)为主导反应,这是造成夜间O3浓度较低的一个主要原因。
【关键词】:春季;污染现状;分析
近年来,城市大气环境质量问题越来越受到人们的关注,逐渐成为了衡量城市综合实力的一项重要内容。本文主要针对近两年西安市春季O3污染的现状分析,运用数理统计学的方法分析O3污染物浓度的分布规律,并采用环境空气质量指数(即AQI)等进行综合分析比较。
1.研究方法
1.1 研究区概况
西安(34°16′N,108°54′E)位于关中平原腹地,属于温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,气候温和,雨量适中。春季温暖、干燥、多风;夏季炎热多雨,多雷雨大风天气;秋季凉爽,气温速降,秋淋明显;冬季寒冷,多雾、少雨雪。主导风向为东北风,第二主导风向为西南风。平均风速较低,静风频率比较高,不利于污染物的扩散。
1.2 采样点分布
采样点共计13个,分布于西安市的各个区域,其中9个采样点分布在主城区。此外,长安区、临潼区、阎良区、草滩各设一个采样点。
1.3 采样仪器
臭氧监测仪器为:49i型紫外光度法臭氧(O3)分析仪;二氧化硫监测仪器为:43i型脉冲紫外荧光法二氧化硫(SO2)分析仪;二氧化氮监测仪器为:42i型化学发光法二氧化氮(NO2)分析仪;一氧化碳监测仪器为:48i型气体滤波相关红外吸收法一氧化碳(CO)分析仪。对监测所得数据按照仪器规范进行了质量控制,剔除了无效数据。所有仪器均符合国家相关标准要求,定期进行了仪器校准,以确保数据准确有效。
1.4 数据采集及分析方法
对2013年4-6月和2014年4-6月期间进行收集整理,运用数理统计学的方法分析O3污染物浓度的分布规律,通过计算并运用surfer、Origin软件绘图等方式对西安市春季O3污染现状进行分析。
2.大气污染现状分析
2.1 西安市O3的时空分布特征
2014年春季西安臭氧污染改善非常的明显,远低于2013年同期水平,达到国家一级标准[1]。可能与节能减排措施、能源结构改造措施、汽车尾气的治理等措施以及温度等气象条件变化关系比较密切。西安市东南部地区的O3污染要轻于西北部地区,这与西安市的人口、工业区以及车流量的分布基本吻合。在西安整体污染情况有所改善的情况下,城北的污染加重更应该引起人们的警觉。
2.2 O3浓度时间序列分析
2014年4-6月O3的浓度随时间呈现递增趋势,6月O3污染尤其严重,已成为主要污染物。近两年O3的浓度变化趋势基本一致,可能和温度等气象条件的变化相关性较大,时间性明显。2014年4-6月O3污染较2013年同期明显改善,总体污染水平明显低于2013年同期。尽管对于不同地区和不同大气环境下,控制O3浓度变化的前体物有所不同,但主要的前体物一般可以分为:NOx、VOCs、CO和CH4四类[2-3]。其中,CO和CH4是远离工业污染的农村地区影响大气O3的最主要的前体物;由于城市和工业地区NOx和VOCs的人为源较多,所以其浓度较高,是控制O3浓度的重要前体物。西安市的目前的大气污染是机动车尾气与燃煤排放的复合型污染,所以氮氧化物和VOCs的排放量比较大,此外气象条件是影响对流层O3的最主要因素之一,是造成近地面O3浓度昼夜变化、日际变化、季节变化、年际变化的根本原因。
2.3 O3小时浓度变化规律
从O3的日变化来看,最大值可以出现在一天中的任何时刻,但中午至午后之间出现的频率最大,日落至午夜之间的频率最小;O3最小值一般出现在黎明日出前。另外,污染地区大气的O3与人类活动有很大关系,近地面O3是光化学烟雾的首要污染物,占光化学反应产物的85%以上。光化学烟雾在白天生成,傍晚消失,污染高峰一般出现在中午至午后[4-5]。
近两年春季每个月O3小时浓度变化规律比较一致,特点比较明显,为明显的单峰分布,白天浓度高于晚间浓度,浓度峰值出现在下午温度较高和日照较强烈的时段。与O3浓度时间序列一致,4-6月显现递增趋势。同时可以看出除了2014年6月份小时浓度峰值高于2013年同期,其余时段2014年都要低于2013年同期,所以2014年春季O3平均浓度要低于2013年同期。
O3同氮氧化物(NOx=NO2+NO)之间的光化学反应方程式如下[10]
NO2+hv→NO+O(3p) (1)
O(3p)+O2+M→O3+M (2)
O+O3→NO2+O2 (3)
式中M是中性第三体,其作用是维持反应过程的动量和能量守恒,可由氮气、氧气等分子充当。上述三个反应为一个快速循环过程,该过程的反应平衡主要依赖于紫外线强度和NOx的浓度,因此,O3白天浓度高于晚间浓度,浓度峰值出现在下午温度较高和日照较强烈的时段。当没有光照时,(3)为主导反应,这是造成夜间O3浓度较低的一个主要原因。