环境监控与预警   2021, Vol. 13 Issue (1): 20-24.  DOI: 10.3969/j.issn.1674-6732.2021.01.004.
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环境预警

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杨雪, 秦玮, 王晨波, 茅晶晶, 江苏省春季臭氧污染特征分析. 环境监控与预警, 2021, 13(1): 20-24. DOI: 10.3969/j.issn.1674-6732.2021.01.004.
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YANG Xue, QIN Wei, WANG Chen-bo, MAO Jing-jing. Study on Characteristics of Ozone Pollution in Jiangsu Province in Spring. Environmental Monitoring and Forewarning, 2021, 13(1): 20-24. DOI: 10.3969/j.issn.1674-6732.2021.01.004.
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基金项目

江苏省环境监测科研基金资助项目(1902)

作者简介

杨雪(1983—)，女，高级工程师，硕士，主要从事空气质量自动监测与预警预报、空气质量评价工作.

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收稿日期：2020-06-15
修订日期：2020-06-30

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江苏省春季臭氧污染特征分析
杨雪1,2, 秦玮1, 王晨波1, 茅晶晶1    
1. 江苏省环境监测中心，江苏 南京 210019;
2. 江苏省苏力环境科技有限责任公司，江苏 南京 210019
收稿日期：2020-06-15；修订日期：2020-06-30
基金项目：江苏省环境监测科研基金资助项目(1902)
作者简介：杨雪(1983—)，女，高级工程师，硕士，主要从事空气质量自动监测与预警预报、空气质量评价工作.
摘要：对2018—2020年春季江苏省臭氧(O3)污染特征进行了分析。结果表明，江苏省ρ(O3)均超过二级标准限值，分别超出5.6%，11.3%和8.8%，沿江区域ρ(O3)略高于苏北区域；ρ(O3-1 h)日变化呈“单峰型”，峰值呈逐年上升趋势，非污染日苏北区域ρ(O3-1 h)均高于沿江区域，主要时间段体现在夜间至次日早晨，污染日中午至傍晚时段，沿江区域ρ(O3-1 h)高于苏北区域；日ρ(O3)高频区间为80~120 μg/m3，频率约为20%，沿江区域高频区间为60~120 μg/m3，苏北区域高频区间为80~140 μg/m3，频率均超过15%。沿江和苏北区域日ρ(O3)在临界区间的出现频率偏差不大，O3污染潜在风险相当；江苏省ρ(O3)超标率呈逐年递增趋势，超标现象主要集中在4—5月；O3作为首要污染物且超标的占比逐年升高，而PM2.5作为首要污染物且超标的占比逐年降低，江苏省春季空气质量影响因子逐渐从PM2.5转为O3；平均＞90%的O3污染日为轻度污染，受O3影响空气质量达到中度污染的占比较小，平均＜10%，未出现因O3导致的重度或严重污染日。
关键词：臭氧    空气质量    污染特征    江苏    春季    
Study on Characteristics of Ozone Pollution in Jiangsu Province in Spring
YANG Xue1,2, QIN Wei1, WANG Chen-bo1, MAO Jing-jing1    
1. Jiangsu Provincial Environmental Monitoring Center, Nanjing, Jiangsu 210019, China;
2. Jiangsu Suli Environmental Technology Co., Ltd, Nanjing, Jiangsu 210019, China
Abstract: The ozone (O3) pollution characteristic of Jiangsu Province in the spring of 2018—2020 was analyzed. The results showed that the concentration of O3 in Jiangsu Province exceeded the secondary standard limit of China, exceeding by 5.6%, 11.3% and 8.8% respectively. In the area along the Yangtze River, the concentration of O3 was slightly higher than that in Northern Jiangsu. The daily variation of O3-1h was "unimodal", the peak value increased year by year, the concentration of O3-1h in Northern Jiangsu was higher than that in the area along the Yangtze River on the non pollution days, which occured during the period from night to the next morning, while on pollution days from noon to evening, the concentration of O3-1h in the area along the Yangtze River was higher than that in Northern Jiangsu. The daily concentration of O3 showed a probability of 20% to fall within the range of 80~120 μg/m3. While the range was 60~120 μg/m3 for the area along the Yangtze River and 80~140 μg/m3 for Northern Jiangsu, both showed the probability of not less than 15%. The difference of daily concentration of O3 between the area along the Yangtze River and Northern Jiangsu was not obvious, indicating an equivalent potential risk of O3 pollution in both areas. The probability of O3 exceeding the set standard increased year by year in Jiangsu province, and excess mainly happened from April to May.The proportion of O3 as the primary pollutant exceeding the set standard increased year by year, while the proportion of PM2.5 as the primary pollutant exceeding the set standard decreased year by year, so the influencing factor of spring air quality in Jiangsu province gradually changed from PM2.5 to O3, on average, more than 90% of O3 pollution days were light pollution, less than 10% were moderate pollution, and no heavy or severe pollution days affected by O3.
Key words: Ozone    Air quality    Pollution characteristics    Jiangsu province    Spring    

自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来，全国各地多举措治理PM2.5，2017年京津冀、长三角、珠三角区域PM2.5平均值较2013年分别下降39.6%、34.3%、27.7%，蓝天保卫战初见成效[1]。但随着近年来工业化、城市化进程加快，大气中的ρ(臭氧)(O3)呈上升趋势，2019年，我国337个地级以上城市ρ(O3)为148 μg/m3，较2018年上升6.5%[2]，江苏省ρ(O3)为173 μg/m3，同比上升6.8%。多项研究和监测数据显示，京津冀、长三角和珠三角等人口高度密集的城市，O3污染尤其严重[3]，O3已经成为继PM2.5后又一对空气质量有重要影响的污染物，春、夏季温度升高，光照充足，易于O3形成[4-6]。现对江苏省2018—2020年春季江苏省O3监测数据进行分析，探索春季O3污染对江苏省空气质量的影响，为政府部门制定O3的管控措施及大气污染防治提供技术支撑。

1 研究方法 1.1 数据来源

O3数据来源于江苏省13个设区市(苏北区域：徐州、连云港、淮安、盐城和宿迁5市；沿江区域：南京、无锡、常州、苏州、南通、扬州、镇江和泰州8市)72个国控空气自动站点实时监测，采集频率为1 h，连续24 h自动监测。

1.2 数据时间

2018—2020年3—5月(春季)。

1.3 评价方法

依据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[7]、《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)[8]；O3日评价项目为O3的日最大8小时平均值(以下简称“O3-8 h”)；O3月评价、春季时间段内评价项目为O3-8 h的第90百分位数浓度(以下简称“O3-8 h-90 per”)，以《GB 3095—2012》中规定的O3-8h二级限值判定是否超标；日变化分析评价项目为O3小时值(以下简称“O3-1h”)。

2 结果与讨论 2.1 ρ(O3-8h-90 per) 2.1.1 年度变化

图 1为2018—2020年春季江苏省及区域ρ(O3-8h-90 per)。由图 1可见，江苏省ρ(O3-8 h-90 per)分别为169，178和174 μg/m3，超过国家标准二级限值5.6%，11.3%和8.8%；苏北区域分别为167，172和172 μg/m3，沿江区域分别为170，181和176 μg/m3，苏北区域略低于沿江区域，偏差＜5%。

图 1 2018—2020年春季江苏省及区域ρ(O3-8 h-90 per)

利用ArcGIS软件的IDW插值工具，对春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)进行渲染得出区域分布情况，见图 2(a)(b)(c)。

图 2 2018—2020年春季江苏省城市ρ(O3-8 h-90 per)分布

由图 2可见，2018年春季，南京和镇江2市ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，其余城市均超过限值要求，为163~189 μg/m3；常州和泰州2市ρ(O3-8 h-90 per)较高，≥180 μg/m3；徐州市其值接近180 μg/m3。

2019年春季O3污染最重，表现为13个市ρ(O3-8 h-90 per)均超过国家标准二级限值，其中无锡、常州、扬州、镇江和泰州5市较高，>180 μg/m3，南通市为163 μg/m3，为2019年春季其值最低城市。2020年春季，南通市ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，其余城市均超过限值，为166~188 μg/m3，南京、扬州和泰州3个城市较高，>180 μg/m3，其余城市除连云港外，均≥170 μg/m3。总的来说，2018—2020年春季，江苏省13个设区市ρ(O3-8 h-90 per)高值区主要集中在沿江中部和西南部区域，沿江靠海城市污染略轻，苏北区域O3污染不容忽视。

2.1.2 月度变化

图 3为2018—2020年春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)月变化。由图 3可见，近3年江苏省春季O3污染主要发生在4—5月，3月ρ(O3-8 h-90 per)达到国家标准二级限值，4和5月均未达标。除2018年春季呈波动上升外，其余2年ρ(O3-8 h-90 per)均呈逐月上升趋势，最高值出现在2019年5月，达207 μg/m3，超过国家标准二级限值29.4%。

图 3 2018—2020年春季江苏省ρ(O3-8 h-90 per)月变化
2.1.3 日变化

图 4(a)为2018—2020春季江苏省ρ(O3-1 h)日变化情况。由图 4(a)可见，ρ(O3-1 h)日变化呈“单峰型”，每日06:00—07:00处于最低值，最高值出现在15:00—16:00，ρ(O3-1 h)最高值呈逐年上升趋势。2020年春季，ρ(O3-1 h)总体高于2018和2019年，主要体现在每日07:00—15:00，该时间段内ρ(O3-1 h)平均值较2018和2019年分别高26.1%和15.6%。图 4(b)(c)为2018—2020年春季O3污染日和非污染日江苏省苏北和沿江2个区域ρ(O3-1 h)日变化情况。污染日和非污染日ρ(O3-1 h)日变化趋势一致，均呈“单峰型”，污染日振幅大于非污染日。非污染日苏北区域ρ(O3-1 h)均高于沿江区域，偏高幅度较为明显的时间段22:00—次日07:00，偏高幅度均超过20%，其他时间段偏高幅度较小；污染日12:00—18:00，沿江区域ρ(O3-1 h)高于苏北区域，沿江区域峰值为200 μg/m3，高于苏北区域6.2%，其他时间段苏北区域ρ(O3-1 h)高于沿江区域。

图 4 2018—2020年春季江苏省ρ(O3-1 h)日变化
2.2 O3超标情况及首要污染物占比 2.2.1 O3-8 h频率分布

图 5(a)(b)为2018—2020年春季江苏省区域ρ(O3-8h)频率分布。由图 5可见，2018—2020年春季，江苏省ρ(O3-8h)频率较高的区间集中在80~120 μg/m3，所占比例接近20%；沿江区域ρ(O3-8h)出现频率较高的区间往前递推20 μg/m3，集中出现在60~120 μg/m3，苏北区域ρ(O3-8h)出现频率较高的区间往后递推20 μg/m3，集中出现在80~140 μg/m3，所占比例均＞15%。140~160 μg/m3的上限是环境空气质量标准中规定的O3二级限值，属于临界超标区间，苏北区域和沿江区域ρ(O3-8h)在该区间出现频率分别为12.5%和12.8%，2个区域仅差0.3个百分点，O3污染潜在风险相当。沿江区域ρ(O3-8h)>200 μg/m3的出现频率为3.7%，苏北区域为1.9%，因此，沿江区域较苏北区域更易出现O3高值，更易出现O3中度污染。

图 5 2018—2020年春季江苏省区域ρ(O3-8h)频率分布
2.2.2 O3超标率

图 6和7为2018—2020年春季江苏省及13个设区市O3超标率。2018—2020年春季，江苏省O3超标率分别为14.7%，16.9%和17.1%，呈逐年递增趋势。O3超标现象3月鲜有发生，超标率 < 1.5%，主要集中在4和5月，其中2019和2020年5月O3超标情况较为显著，超标率均>30%。

图 6 2018—2020年春季江苏省O3超标率及月变化
图 7 2018—2020年春季江苏省13个城市O3超标率

沿江区域城市O3超标率总体高于苏北区域，O3超标率>20%均出现在沿江区域城市，如南京(2020年20.7%)、镇江(2019年20.7%)、扬州(2019年20.7%，2020年21.7%)、常州(2018年21.7%)、无锡(2020年22.8%)，苏北区域城市中超标率相对较高的为连云港和宿迁市，超标率≈20%，如连云港(2019年18.5%)、宿迁(2019年18.5%，2020年19.6%)。

2.2.3 O3作为首要污染物且超标情况

图 8(a)(b)(c)为2018—2020年春季影响江苏省空气质量的首要污染物超标占比。2018—2020年春季，O3作为首要污染物且超标的占比逐年升高，依次为46.7%，67.7%和93.6%；PM2.5作为首要污染物且超标的占比逐年降低，依次为37.8%，31.1%和5.6%，江苏省春季空气质量影响因子逐渐从PM2.5转为O3。

图 8 2018—2020年春季影响江苏省空气质量的首要污染物超标占比

图 9为2018—2020年春季首要污染物为O3的污染类别占比。对O3作为首要污染物的污染日按空气质量类别分类统计可知，近3年春季受O3影响江苏省空气质量以轻度污染为主，2018—2020年春季受O3影响空气质量达到轻度污染的占比分别为95.9%，85.0%和92.6%，受O3影响空气质量达到中度污染的占比较小，近3年分别为4.1%，15.0%和7.4%，未出现因O3导致的重度及以上污染天。

图 9 2018—2020年春季首要污染物为O3的污染类别占比
3 结论

(1) 2018—2020年春季，江苏省ρ(O3-8 h-90 per)均超标，分别＞标准限值5.6%，11.3%和8.8%。苏北区域ρ(O3-8 h-90 per)略低于沿江区域，偏差＜5%。除2018年外，其他2年春季ρ(O3-8 h-90 per)呈逐月上升趋势，最高值出现在2019年5月，达207 μg/m3，超出标准限值29.4%。

(2) 江苏省13个设区市ρ(O3-8 h-90 per)高值区主要集中在沿江中部和西南部区域，如南京、无锡、常州、扬州、镇江和泰州等市，沿江靠海城市污染略低，如南通市，苏北区域容易出现高值，如徐州、淮安等市。

(3) ρ(O3-1h)日变化呈“单峰型”，峰值呈逐年上升趋势，2020年春季07:00—15:00 ρ(O3-1h)总体高于2018和2019年。非污染日苏北区域ρ(O3-1h)均高于沿江区域，主要时间段体现在夜间至次日早晨，偏高幅度均超过20%；污染日中午至傍晚时段，沿江区域ρ(O3-1h)高于苏北区域，峰值高于苏北区域6.2%，其他时间段苏北区域ρ(O3-1h)仍高于沿江区域。

(4) 从日ρ(O3)分布来看，2018—2020年春季，江苏省日ρ(O3)出现频率较高的区间为80~120 μg/m3，出现频率约为20%，沿江区域日ρ(O3)出现频率较高的区间为60~120 μg/m3，苏北区域为80~140 μg/m3，出现频率均超过15%。沿江和苏北区域日ρ(O3)在140~160 μg/m3区间的出现频率分别为12.5%和12.8%，O3污染潜在风险相当。沿江区域较苏北区域更易出现O3高值，也更易出现O3中度污染。

(5) 2018—2020年春季，江苏省O3超标率呈逐年递增趋势，分别为14.7%，16.9%和17.1%。O3超标现象主要集中在4月和5月，2019年和2020年5月O3超标情况较为显著，超标率均＞30%。沿江区域城市O3超标率总体高于苏北区域，沿江区域的南京、镇江、扬州、常州、无锡出现过单月O3超标率>20%的情况，另外苏北区域的连云港和宿迁市，单月O3超标率接近20%。

(6) O3对江苏省春季空气质量的影响逐年加大，主要体现在O3作为首要污染物且超标的占比逐年升高。2018—2020年春季依次为46.7%，67.7%和93.6%；而PM2.5作为首要污染物且超标的占比逐年降低，江苏省春季空气质量影响因子逐渐从PM2.5转为O3。因O3污染而导致的空气污染日，其空气质量类别以轻度污染为主，2018—2020年春季，平均90%的O3污染日为轻度污染，受O3影响空气质量达到中度污染的占比较小，平均＜10%，没有出现因O3导致的重度或严重污染日。

参考文献
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