常州市北部郊区臭氧污染特征分析

摘" 要：选取常州市安家站点2023年4—10月逐小时的O3和气象参数数据，采用数据统计方法和潜在污染源分析对常州市北部城郊区域的O3污染特征进行分析。结果表明，安家臭氧污染主要出现在4—10月，其中5月、6月和8月臭氧超标天数较多。6月和8月的臭氧质量浓度相对较高，7月较低。安家臭氧污染时段大多集中在11—17时，日峰值质量浓度大多出现在15时左右。温度不超过21 ℃时臭氧质量浓度不易超标；温度在26 ℃以上时臭氧超标率明显升高。相对湿度不超过60%时易出现臭氧污染，相对湿度大于75%时臭氧不易超标。从潜在污染源区分析看，安家站点的臭氧污染主要来源于本地区域，并存在城市建成区向市郊短距离输送的影响。

关键词：常州市；郊区；臭氧；污染特征；潜在污染源贡献函数

中图分类号：X51" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）08-0117-04

Abstract： Hour-by-hour O3 and meteorological parameter data from April to October 2023 at Anjia Station in Changzhou City were selected， and the O3 pollution characteristics in the northern suburbs of Changzhou City were analyzed using data statistical methods and potential pollution source analysis. The results show that ozone （O3） pollution in Anjia mainly occurs from April to October， with more days of ozone exceeding the standard in May， June and August. Ozone mass concentrations were relatively high in June and August， and lower in July. Most of the ozone pollution periods in Anjia are concentrated between 11：00 and 17：00， and most of the daily peak mass concentrations appear around 15：00. When the temperature is not more than 21 ℃， the ozone mass concentration is not easy to exceed the standard; when the temperature is above 26 ℃， the ozone exceeding the standard rate increases significantly. Ozone pollution is prone to occur when the relative humidity is not more than 60%， and ozone is not easy to exceed the standard when the relative humidity is greater than 75%. Judging from the analysis of potential pollution source areas， the ozone pollution at the Anjia site mainly comes from the local area， and there is the impact of short-distance transportation from urban built-up areas to the suburbs.

Keywords： Changzhou City; suburbs; ozone （O3）; pollution characteristics; potential pollution source contribution function

对流层臭氧（O3）特别是近地面臭氧由于化学活性较高、氧化性较强，是光化学反应的关键成分[1-2]，可严重影响人体健康[3-4]和生态系统的稳定[5-6]。近年来，大气颗粒物污染治理成效显著[7-9]，但近地面臭氧污染尚未得到有效遏制[10-11]，珠江三角洲和长江三角洲等重点区域臭氧已成为环境大气的主要污染物之一[12-13]，臭氧作为首要污染物的超标天数占比已明显超过PM2.5。针对长三角腹地夏秋季臭氧污染特征、潜在污染源区等问题认识不足，选取常州市北部郊区安家站点为研究对象，利用数据统计分析和潜在污染源分析研究了2023年常州市北部郊区的臭氧污染特征和潜在来源区域，以期为本区域臭氧污染防治提供科学支撑。

1" 数据来源

常州市地处江苏省南部、沪宁线中段，东与无锡相邻，南与无锡、安徽宣城交界，西与南京、镇江接壤，北与泰州隔江相望。选取江苏省常州市北部郊区的安家国家环境空气评价点（119.9116°N，31.9041°E）作为研究对象，选取安家站点2023年4—10月逐小时的臭氧、相对湿度和风速风向等数据进行统计分析。臭氧日评价以臭氧日最大8 h平均质量浓度是否超标GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级质量浓度限值（160 μg/m3）进行评价，环境温度和相对湿度对大气环境臭氧浓度的影响评价中臭氧超标占比以臭氧小时质量浓度超过160 μg/m3进行统计。

潜在污染源贡献函数（Potential Source Contribution Funtion，缩写为PSCF）已被广泛地应用于识别大气污染物的传输路径和污染源区的研究。该方法首先将研究区域划分成若干均匀的网格点，在不考虑污染源的情况下，通过计算受体点超过某一规定质量浓度时落在研究区域某一格点内的轨迹数Mij与计算期间所有落在该格点内的轨迹数Nij之比，来确定受体点超过某一质量浓度时可能的污染来源区域。即第i行第j列格点的PSCF定义如下

PSCFij=Mij/Nij 。

PSCF值（无量纲）越大说明当有来自该格点的气团时，受体点的质量浓度超过规定质量浓度的概率越大，意味着该格点对受体点的污染潜在贡献较高。PSCF计算采用的气象资料为NCEP（美国国家环境预报中心）提供的全球资料同化系统GDAS数据，数据分辨率为1°×1°，以安家站点为计算终点，计算终点海拔高度设置为100 m，每条后向轨迹计算时长为12 h，采用NOAA（美国国家海洋和大气管理局）开发的HYSPLIT 4.9版本软件进行计算。

2" 结果与讨论

2.1" 臭氧污染特征

2023年，从常州市安家站点臭氧月变化情况看（图1），臭氧超标天主要出现在4—10月，各月超标天数范围为1～10 d。其中5月、6月和8月臭氧超标天数较多，分别超标9、10和8 d；7月受长江中下游梅雨季节影响，阴雨多云等天气较多、太阳辐射减弱，导致大气光化学反应也减弱，臭氧质量浓度下降，臭氧超标天数明显下降，仅超标1 d。从臭氧日最大8 h平均第90百分位质量浓度月变化（图1（a））看，6月和8月的臭氧质量浓度相对较高，分别为222 μg/m3和207 μg/m3；7月臭氧质量浓度较低，为143 μg/m3。从安家站点臭氧日变化分布（图1（b））看，臭氧在4—6时时质量浓度相对较低，超标时段主要为9—22时，其中大多集中在11—17时时段，日峰值大多出现在13—15时，夜间（21—次日2时）也经常出现臭氧小时质量浓度大于140 μg/m3，且会出现夜间臭氧不降反升的现象，说明该站点的臭氧经常受区域输送的影响。

2.2" 温度和湿度对臭氧的影响

臭氧的光化学反应速率与太阳光照、气温、相对湿度等气象因素密切相关，臭氧污染主要发生在太阳辐射较强的夏季和秋季。因此，选取4—10月每日臭氧质量浓度较高时段（10—18时）小时数据进行统计，研究环境温度和相对湿度对臭氧的影响。从统计结果看，安家臭氧质量浓度总体上随温度升高而升高（表1），其中环境温度不超过17.0 ℃和19.1～21.0 ℃范围时臭氧质量浓度超标（大于160 μg/m3）占比为0.0%；在31.1～32.0 ℃时臭氧平均质量浓度达到峰值质量浓度171.4 μg/m3，臭氧小时质量浓度超标占比达54.2%；温度在32.1～34.0 ℃时臭氧平均质量浓度随温度的升高呈下降趋势；在温度大于34.1 ℃后臭氧平均质量浓度随温度的升高再次上升，其中温度在37.1～38.0 ℃时臭氧小时质量浓度大于160 μg/m3的占比为100.0%。总体上，环境温度不超过21 ℃时，臭氧小时质量浓度超标占比较低；温度在26 ℃以上时，臭氧小时质量浓度超标占比明显升高。臭氧小时质量浓度在相对湿度较低时较高（表2），相对湿度较高时臭氧质量浓度较低。其中相对湿度不超过60%时，臭氧超标率大于等于21.8%；相对湿度大于75%时，臭氧超标率为0.0%；其中相对湿度范围在41%～45%时臭氧平均质量浓度和超标占比均达到峰值。可见，环境温度和相对湿度对臭氧的生成和消散影响较大，臭氧的光化学反应存在气象条件“舒适区”。

2.3" 潜在污染源区

图2为2023年4—10月安家臭氧超标日的潜在污染源贡献函数（PSCF）计算结果，图中颜色越深，PSCF值越大，表示该网格区域对安家臭氧质量浓度的潜在影响越大，其中臭氧的污染质量浓度限值设置为160 μg/m3，网格内超过该质量浓度值的轨迹数占比越高，PSCF值越大。由图2可见，安家臭氧超标日的潜在污染源区主要分布在长江中下游区域和杭州湾区域，涉及到江苏省、安徽省、浙江省和上海市等区域，与2015年何涛等[14]对常州市的臭氧污染潜在源区分析结论较一致；安家臭氧超标日PSCF的高值区（大于0.2）集中在安家站点北面和东北面长江沿线、常州市市区及南部区域。这些高影响的潜在污染源区大多分布在安家站点的东面或东南方向，与常州市的主导风向较一致。安家站点臭氧的潜在污染源区集中在江苏南部区域，其中长江沿江区域和常州市区是主要的潜在污染源区，说明安家站点的臭氧污染主要来源于本地区域，并存在城市建成区向市郊短距离输送的影响。

3" 结论

1）安家臭氧超标天主要出现在4—10月，其中5月、6月和8月臭氧超标天数较多，7月受降雨和云层影响，太阳辐射较弱、大气光化学反应减弱，臭氧超标天数较少。6月和8月的臭氧质量浓度相对较高，7月较低。安家臭氧超标时段大多集中在11—17时，日峰值大多出现在15时左右，夜间经常出现臭氧高质量浓度，说明该站点的臭氧受到了区域输送的影响。

2）臭氧的光化学反应存在气象条件“舒适区”，温度不超过21 ℃时，安家站点臭氧小时质量浓度超标占比较低；温度在26 ℃以上时，安家站点臭氧小时质量浓度超标占比明显升高。相对湿度不超过60%时，安家站点臭氧超标率大于等于21.8%，相对湿度大于75%时，安家站点臭氧不易超标；其中相对湿度范围在41%～45%时，安家站点臭氧平均质量浓度和超标率均为最高。

3）长江沿江区域和常州市区是常州市北部郊区（安家站点）臭氧主要的潜在污染源区，说明安家站点的臭氧污染主要来源于本地区域，并存在城市建成区向市郊短距离输送的影响。

4）安家站点的臭氧污染防治应以常州市区及站点北部长江沿江区域为重点管控区域，并在环境温度高于26 ℃和相对湿度不超过60%时加强臭氧前体物的管控和治理，有助于该区域的臭氧大区污染防治。

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