1、山东农业大学 毕 业 论 文 题目： 泰安市低空臭氧变化趋势及影响因素分析 学 院 资源与环境学院 专业班级 环境科学专业 届 次 2015 学生姓名 学 号 指导教师 职称 副教授 二 O 一五年六月二十日 目 录 摘要 . 4 关键词 ： . 4 1 前言 . 5 1.1 研究背景 . 5 1.2 低空臭氧危害 . 5 1.3 研究意义 . 6 1.4 国内外研究现状 . 7 1.5 研究内容 . 8 1.5.1 泰安市区臭氧现状调查 . 8 1.5.2 分析泰安低空臭氧浓度变化趋势 . 8 1.5.3 探索泰安低空臭氧浓度变化趋势的影响因素 . 8 1.6 技术路线 . 8 2 泰安市环
2、境空气质量现状监测 . 9 2.1 监测点的布设 . 9 2.2 评价标准 . 11 2.3 评价方法 . 11 3 臭氧监测结果 . 11 3.1 臭氧现状监测结果 . 11 3.2 不同区域臭氧监测结果 . 12 4 臭氧浓度变化趋势及影响因素 分析 . 12 4.1 时间变化趋势及影响因素分析 . 12 4.1.1 月变化趋势及影响因素分析 . 12 4.1.2 日变化趋势及影响因素分析 . 14 4.2 空间变化趋势及影响因素分析 . 15 5 结论 . 16 6 近地面臭氧防治对策 . 17 6.1 机动车改进技术， “排污税费 ”，改善机动车尾气排放 . 17 6.2 加强监测，控
3、制污染源排放总量 . 17 catalogue Abstract .4 Keyword： .4 1 Perface.5 1.1 The research background . 5 1.2 The harm of low-level ozone .5 1.3 The significance of research .6 1.4 The research status at home and abroad .7 1.5 The research content .8 1.5.1 Present situation investigation of ozone in Taian .8 1.5.
4、2 Analy the low ozone concentration changing trend in Taian .8 1.5.3 Explore the influence factors of the low ozone concentration changing trend in Taian 8 1.6 Technical route .8 2 The present situation of air environmental quality monitoring in Taian .9 2.1 Layout monitoring point.9 2.2Evaluation c
5、riteria . 11 2.3 Evaluation method . 11 3 Monitoring results of ozone . 11 3.1 The status monitoring results of ozone. 11 3.2 The monitoring results in different areas of ozone . 12 4 Ozone concentration change trend and influence factors analysis . 12 4.1 The time change trends and influence factor
6、s analysis . 12 4.1.1 Monthly variation trends and influencing factors analysis . 12 4.1.2 Daily variation trends and influencing factors analysis . 14 4.2 Spatial variation trends and influence factors analysis . 15 5 Conclusion . 16 6 The control countermeasure of the ozone nearing the surface . 1
7、7 6.1 Motor vehicle improvement techniques, “pollution taxes“, improve the motor vehicle exhaust emissions . 17 6.2 Strengthen the monitoring and control pollution emissions . 17 泰安市城区低空臭氧的变化趋势和影响因素分析 摘要 ： 利用近两年（ 2013-2014）泰安市区近地面大气 O3 的数据，采用单因子指数法，分析了 O3 的时空变化规律。结果表明：臭氧的日浓度变化呈明显 “单峰型 ”变化规律，午后 16 时左
8、右达到峰值，凌晨8 时左右出现最低值匀天质量浓度较高，夜间在低质量浓度范围波动；月浓度变化，处于 6、 7、 8 月份的夏季臭氧污染明显严重，表现出明显的季节性；臭氧浓度表现出区域差异，臭氧浓度与与其前体物的浓度中心不一致。 关键词 ： 臭氧 ； 变化趋势 ； 影响因素 Changing trend and influence factors analysis of low-level ozone in Taian City Abstract： Using the near surface atmospheric O3 data in the last two years（ 2013-2014
9、）， I analyzes the law of spatial and temporal variations of in the method of single factor index . The results showed that: change the date of ozone concentration showed a “single peak“ variation, peaking around 16:00 in the afternoon, around 8:00 lowest value appears higher concentration uniform da
10、y and night fluctuation in the low concentration range; concentration Month Year change also presents “single peak“ obvious severe summer ozone pollution, showed significant seasonality; ozone concentration showed regional differences, concentration center of ozone and its precursors concentration a
11、nd inconsistent. Keyword： ozone ;change trend ;the factors affecting 1 前言 1.1 研究背景 臭氧（ Ozone， O3）是大气中一种重要的微量气体，其化学性质不稳定，在常温下可分解 生成氧气（ O3），在加热和紫外线（ UV）照射时，分解加速。自工业革命以来，由于人类活动影响，造成对流层 O3 不断增加（主要为北半球），平流层 O3 不断减少。这种变化趋势已经引起了各国科学家的高度重视，大气 O3 变化及其对气候环境与生态影响的研究成为当代大气科学和环境科学的前沿课题。 O3 的化学性质主要有两个特点：不稳定性和氧化性。
12、当空气中混合少量的 O3 时，其分解相当慢，但当温度升高时，其分解加速。空气中的 NO2， Cl2 以及银、铜、铁、锰等金属氧化物的催化作用，都能加速 O3 的分解。臭氧能同大气中的许多气体发生反应，因而臭 氧是化学反应活性很高的氧化剂，是控制大气质量和大气化学过程的主要成分之一，同时由于其在 9.6m 附近的大气红外线区有一个很强的吸收带，也是一种重要的温室气体，单位质量臭氧热辐射吸收能力约为 CO2 的 2000 倍。对流层 O3 浓度的增加将使地表增温，其在大气中的含量、分布直接影响大气的辐射平衡，进而影响全球和局地气候的变化。对全球气候变化有着重要 的影响。 1940 年，洛杉矶光化学
13、烟雾出现以后，相继在许多城市都出现光化学烟雾，使人们认识到在污染大气中碳氢化合物在氮氧化物的参与下，通过光化学反应可以生成臭氧。进一步的研究还表明即使在非污染的地区，自然产生的碳氢化合物也可以经光化学反应产生臭氧，从而导致光化学烟雾的产生。 1.2 低空臭氧危害 臭氧具有强腐蚀性。如果您吸入臭氧，那么它便会经过您的整个呼吸道，并损伤您肺里的细支气管和肺泡 。 反复接触臭氧会造成肺部组织发炎，并引起呼吸道感染。 接触臭氧会加重已有的呼吸道疾病（如哮喘），并损伤人们的肺功能和运动能力 ，造成胸痛和咳嗽。幼童和老年人对夏季出现的高浓度臭氧最为敏感。 臭氧会对人体皮肤中的维生素 E 起到破坏作用，致使
14、人的皮肤起皱、 出现黑斑；臭氧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， 致使孕妇生畸形儿 。 此外，它还能影响植物的光合作用，使植物的叶、花及果生长迟缓，产量减少或者品质降低；能氧化腐蚀各种建筑材料、设备和设施，减少使用寿命，对人们经济和安个造成重大损失和隐患。 因此，臭氧和有机废气所造成的危害必须引起人们的高度重视。 进入夏季，低空臭氧逐渐代替 PM2.5 成为夏季最大污染物。 1.3 研 究意义 目前，大气中臭氧浓度的变化及其可能导致的气候和环境效应已引起人们 的广泛关注，被列为当今重大环境问题之一。由于大气臭氧问题涉及到气候变 化、生态环境、能源结构等许多直接关系到人类
15、生存和发展的重大问题，因此 大气臭氧研究己成为当前世界各国共同关心的国际性问题。在我国自 80 年代以来，随着城市消耗能源结构的转变，城市规模的不断扩大及汽车保有量的迅速 增加，机动车辆和石油化工排放（ NOX）已逐渐成为城市大气的重要污染源。近 年来，我国城市机动车保有量逐年递增，并且由于目前国产的汽车排放性能不佳，使得在用车氮氧化物（ NOx） 、一氧化碳（ CO）、非甲烷烃（ NMHC）排放因子 较高。这些因素使得城市环境空气中臭氧浓度增高，严重危害人体健康及城市 生态环境质量状况。由于机动车尾气中含有大量 NOX、 CO、 CH 和 NMHC 等光化学前体物，它们在太阳光的作用下，发生
16、一系列的光化学反应，会产生光化学烟 雾污染，最终的反应生成物为臭氧和细粒子，严重影响城市环境空气质量。光化学烟雾具有很强的氧化性和刺激性，它降低能见度，对人体、动物、植物都有很大危害。目前许多国家都把臭氧浓度作为光化学烟雾污染的重要指标进行。 泰安市大气环境多年来一直受以煤炭为主的能源结构的影响，呈现出明显 的煤烟型污染特征，但近年来随着经济的迅猛发展，交通规模的不断扩大，机动 车保有量迅速增加，城市环境空气的污染特征正在由煤烟型污染向煤烟 -机动车 尾气混合型污染过渡，城市污染结构与类型正在发生转变，呈现典型的复合型 污染特征。臭氧污染问题日 益明显，尤其随着居民生活水平的不断提高，人们开始
17、从生命健康的角度关注空气污染问题，对人体危害较大的有机污染问题得 到前所未有的关注，因此对泰安市目前臭氧和光化学污染情况进行研究，为预防和监测光化学烟雾污染提供基础数据具，对泰安市区近年（ 2013-2014）泰安市环境空气质量自动监测系统中近地面臭氧的数据汇总与整理并亲自对各空气自动监测站周围情况进行了调查走访，同时搜集近年臭氧污染的各项相关资料。数据具有权威性及代表性，现状调查具有及时性及真实性。为环保部门进行科学决策提供了一定的理论依据和实践依据。对泰安市 进一步落实科学发展观，优化发展环境，提升城市品位，促进经济、社会、环境的协调发展，具有重要的现实意义。 1.4 国内外研究现状 鉴于
18、对流层 O3 增加对人体和农作物的危害作用，许多国家和地区都投入了大量人力 物力进行近地面 O3 的观测和研究口。仅上世纪 90 年代，北美和欧洲的 30 个观测点就花费了近 60 亿美元用于对流层 O3 化学、气象学特征、前体物的排放，以及相关模型等方面的研究。 （ 1）国外 对流层臭氧的研究早在 1960 年代就开始了， 1952 年，美国科学家 Haagen-Smit 在研究了光化学烟雾成分的生成过程后提出 O3是城市光化学烟雾的主要氧化剂，并提出了大气中的可挥发性有机物和氮氧化物是对流层臭氧的主要前体物。 Junge 提出了一套对流层臭氧产生的经典理论，认为平流层产生的臭氧下传到对流层
19、成为对流层的源， O3 在地面沉降成 为对流层臭氧的汇。这种理论与当时观测得到的 O3 含量从对流层顶向地面递减以及分子氧在对流层不能光解的事实是一致的 Levy 于 1971 年最先提出了对流层 OH 和 HO2 自由基产生机理的假说 。 NCR， ChameidesWL 等研究发现，即使控制 NOx， VUCs 等臭 氧前体物的人为排放源，自然排放的 VOCs 也可以造成大气中较高的臭氧值。进入上世纪七、八十年代国际臭氧界的研究也转移到可挥发性有机物（ VOC）的排放，以及 NMHC 在大气光化学 O3 的生成过程中的作用。 Brewer1983 年最先提出了一个包括 NMHW在内的光化学
20、机理，随着人们对有机化合物认识的不断加深，在臭氧的生成机理中考虑的有机物种类越来越多。对区域尺度臭氧传输的研究也不断得到加深。 Finlayson-Pitts 等发现 北半球中纬度地区臭氧背景浓度从 20ppb 到 40ppb 之间变化，其变化主要受到地理位置，海拔和人为活动的影响。 Angela Ribas 等研究发现随着海拔高度的增加，地面臭氧浓 度也开始升高。 M.Pulikesi等在印度地区观测了地面臭氧浓度的变化规律，研究了不同 月份和不同气象条件下的臭氧变化特征。 （ 2）国内 我国的臭氧观测开展 得也 比较早，上世纪 30 年代到 50 年代，在上海和北京曾进行过短期的观测。 1
21、978 年开始，我国正式加入了世界气象组织大气臭氧监测网，河北香河、云南昆明两站开始提供大气臭氧总量的观测资料。但是我国近地面大气臭氧的观测却是从上 世纪 80 年代才开始。中国气象局分别在北京上甸子、黑龙江龙凤山、浙江临安三地建立了 区域大气本 底观测站， 90 年代初和世界气象组织合作在位于青藏高原东部境内的瓦里关建立了全球内陆高原型大气本底观测站，大气臭氧是其中一项重要的观测项目。 Liu，Chan 利用对释放的 300 多个臭氧探空仪所观测到的臭氧探空数据研究发现香港地区臭氧有明显的季节性交化特征，并在春季对流层下层臭氧浓度最大。周秀骥等在北京、西宁、拉萨、香港等地进行臭氧探空观测。郑
22、永光等利用 2001 年 3 月到 4 月上旬在临 安、昆明和香港进行臭氧探测获得的资料对这三个地点的臭氧垂直分布特征进行了分析对比，发现3 个地点臭氧分布特征各有特点，三地最大臭氧分压 和所处高度不同， 3 个地点 观测得到的柱臭氧总量来看，香港最小，昆明较大，临安最大，符合臭氧总量随着纬度增 加而增加的结论。陈世俭等利用近几年来近地面层臭氧浓度和常规气象要素的观测资料，分析了温度、降水、蒸发、风向风速等气象要素对近地面层臭氧浓度的影响。结果表明，近地面层臭氧浓度随着气温的升高而升高，臭氧浓度的日变化和季节变化有同样趋势；而降水、湿度的影响刚好与气温相反；大风或有雾的天气条件也会成为近地面层
23、臭氧浓度增高的因素。 中国是一个发展中国家，近些年随着经济的发展，城市化也加速发展，由于过去对环保认识不 足，环境空气污染有进一步加重的趋势。 1.5 研究内容 1.5.1 泰安市区臭氧现状调查 通过合理的分布监测点及监测点周边环境的调查，获得泰安市臭氧浓度的具体数据。 1.5.2 分析泰安市区低空臭氧浓度变化趋势 对监测点获得的数据进行处理和分析，阐述泰安市低空臭氧浓度的变化规律。 1.5.3 探索泰安市区低空臭氧浓度变化趋势的影响因素 通过查阅影响臭氧浓度的影响因素的文献并结合泰安的实际情况，分析泰安低空臭氧浓度变化趋势的影响因素。 1.6 技术路线 根据泰安市环境空气自动监测系统的数据，
24、使用单因子指数法评价泰安市区环境低空臭氧污染现状。分析泰安市近年环境空气质量变化趋势。如下图所示： 图 1.1 评价流程图 Fig.1.1 The process of evaluation 通过调查走访 3 个环境空气自动监测点位周围情况，分析泰安市环境空气质量的空间分布情况。研究泰安市环境空气污染因素。 2 泰安市区环境空气质量现状监测 2.1 监测点的布设 根据泰安市总体规划和功能区划，结合国家环境空气现状监测规范，共布设了环境空气质量自动监测点位 7 个，作者选取了其中的三个进行数据分析。具体见表 2.1，图 2.1。 表 2.1 泰安市 区 监测点位设置情况 Table 2.1 Ta
25、ians atmosphere monitor spots setting status 点位名称 具体地址 功能区 下点位高度 级别 人口学校 擂鼓石大街 居民区 16m 国控点 监测站 唐王街 116 号 居民商业混合区 14m 国控点 电力学校 灵山大街与泰山大街交界处南300 米 商业交通居民和混合区 18m 国控点 空气质量自动监测系统： O3 收集、汇总数据，统计分析 单因子指数分析 臭氧污染变化趋势及影响因素分析 图 2.1 泰安市区监测点位布置图 Fig.2.1 Taians atmosphere monitor spots setting status 1、 人口学校 该点位
26、位于居民区，该点位周围建筑工地众多，环山路、擂鼓石路、迎胜路等道路环绕，主要污染因素为建筑扬尘和汽车尾气。 2、 监测站 该点位位于居民商业混合区，周围交通发达，居民区、宾馆、饭店等较为集中，主要污染因素为锅炉废气、建筑扬尘和汽车尾气。 该点位南面东岳大街、东面温泉路车流量较大；西面 500 米远处街道小餐馆较多，营业采用煤炭燃烧。另外，司法局、教育培训中心的锅炉距离点位较近，对 O3 监测值有明显影响。 3、 电力学校 该点位位于灵山大街与泰山大街交接处南 300 米，属居民区、商业交通居民混合区、一般工业区，点位周边工业点源及生活面源都比较集中，污染物排放量大，主要污染因素为工业废气、道路扬尘和面源污染。 该点位周围点污染源集中 和面源污染相对集中，附近有多个中、大型锅炉烟囱，特别是距离较近的市妇幼保健院、生力源二厂及电校本身锅炉对监测值贡献率较大。另外，该点位周围分布有灵山、财源新区、更新、王庄、三里五个社区，拥有老居民约 2000 余户。由于该办事处是商业、交通中心，流动人口多，根据该办事处提供的数据，这五个社区常住人口约 3 万人，而且 3 万人日常生活普遍采用燃煤方式，且用煤量非常大，对省电力学校周围污染物的贡献是很大的。 比例尺 1:2000 北
