时间变化的浓度臭氧、二氧化氮、一氧化碳和Osijek,克罗地亚

文摘

本研究的目的是探讨臭氧、一氧化碳、二氧化氮和变异及其与气象参数相关性Osijek(克罗地亚东部)在2002年夏天的季节,2007和2012。讨论了测量数据与欧盟指导方针(2002/3 / EC号指令,指令2008/50 / EC)。为了描述环境空气对臭氧光化学污染我们计算三个光化学污染指标。这些指标也可能是一个有效的措施对生物体有害的影响。当地的气象参数对测量的影响浓度的臭氧、一氧化碳、二氧化氮也被调查。我们试图建立测量污染物浓度和气象参数之间的相关性使用多元主成分分析(PCA)的技术。

1。介绍

空气污染是一个共同的主题在过去的几十年,因为它的增长来源一般污染和城市地区最常见的来源是汽车尾气。柴油车辆的主要污染物包括一氧化碳(CO)和二氧化氮(没有₂二次污染物臭氧(O)₃)形成1]。很长一段时间,臭氧是相当恒定的微量成分的空气,但是,近年来,其浓度的表层大气中显示了一个稳定的增长,目前比以往任何时候都更大。在工业化前的期间其体积分数增加2到4.5倍,它仍在上升2]。

在城市地区或被污染的大气中各种反应进行的形成O₃取决于氧化氮的比率(),而有限周期的影响,使其缓慢氧化一氧化氮(NO)二氧化氮(没有₂),从而间接地影响臭氧的浓度。一氧化碳分子进入循环氧化,和一氧化氮(NO)是二氧化氮(无氧化₂)。氮氧化物是主要来自人为的来源,和臭氧的增加产量降低层与光化学反应的周期包括挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)3]。人为排放的挥发性有机化合物的仪器引起的变化自然对流层臭氧的来源。如果混合物和挥发性有机化合物的仪器与可见光辐照、臭氧将生成的反应容器,直到所有的挥发性有机化合物的仪器。相同的过程发生在空气中形成大量的臭氧由太阳辐射的存在和挥发性有机化合物的仪器。羟基自由基、CO和没有参与光化学臭氧的生产,给每天约1磅的臭氧在对流层高,从地方迅速低对流层(4]。全球排放的主要是人为的和化石燃料燃烧造成的,其中最大的一部分来自汽车废气。的减少O₃介绍汽车催化剂后观察到浓度在20世纪的最后十年5- - - - - -7]。很长一段时间人们认为从平流层臭氧的运输是在对流层的主要来源,但今天它是认识到对流层中的臭氧主要是对流层内部控制分解的产物。在一系列的光化学反应,产生臭氧,氢氧自由基导致其形成,但同时他们会与臭氧发生反应,破坏。反应将心态占据主导地位取决于当地的集中度没有/ O₃。总的来说,光化学臭氧的破坏将发生在更高浓度的不。评估多少臭氧形成一个从一氧化碳的降解速率与氢氧自由基反应(5]。白天的光化学分解臭氧发生,取决于相对湿度的比例,它是最有效的表层大气。据估计,大约75%的光化学臭氧损耗发生在描述方式。空气质量问题的控制包括臭氧对植被的影响(8)、动物(9],和人类[10,11]。空气污染的控制是基于生态和经济原则和要求的理解之间的交互大气和生物圈。

在本文中,我们目前的主要物种的不同行为的分析模式光化学污染的空气(有限公司没有₂阿,₃为了找到他们的人为活动和气象条件的依赖。斯拉沃尼亚东部第一的臭氧监测环境空气被报道在2002年生长季时没有明显的光化学污染问题[12]。在夏季的过度集中在许多城市和农村地区大气中的氧化剂形成我们比较测量从6月到2002年9月,2007年和2012年在Osijek(图1)。没有可用数据有限,也没有₂2002年浓度,但我们搜集了2007年和2012年。这些数据是首次与臭氧浓度和气象参数。另一种方法对环境空气质量的评估是通过计算光化学污染指标在2002年夏天的季节,2007年和2012年(13,14]。这些指标包括基本参数,平均每天最大到最小比例计算出每小时臭氧浓度测量在一段时间内。此外,我们试图测量污染物浓度和气象参数之间建立相关性使用多元主成分分析(PCA)的技术。

2。实验

臭氧体积分数一直在测量和分析的。监测站点位于城市的北部边界,靠近河Drava,大约离地面15米。Osijek克罗地亚东部最大的城市中心位于45.32°N,大约18.44°E(人口。130000)没有显著的行业,因此,前体排放主要是由于流量。测量发生在2002年夏天季节(6月至9月),2007年到2012年,使用商业票据Ansyco O341 M基于紫外吸收光度法。定期检查和校准仪器。每3分钟数据记录并存储在数据记录器在电脑上进行进一步的处理。数据分析一般是基于每小时平均;因此,数据被转移到Excel宏表。

空气污染质量数据是来自环境和自然保护的克罗地亚监测₂和CO浓度(cca监测站。100东的臭氧测量站点)。不幸的是,没有的数据₂和公司不是用于2002年但是,然而,有些测量为2007年和2012年的6月到9月。

气象数据来自克罗地亚的气象和水文服务。他们已经在Klisa监测站点气象参数(机场cca。20公里的东南监测站点)。

3所示。结果与讨论

数据被转换为每小时平均臭氧体积分数和平均每日值计算测量时间在2002年,2007年和2012年。

空气污染通常定义为指标来评估空气质量的基础上测量值在一个特定的时间和地点,并告知公众当前环境空气是否可以被视为“好”或“不健康”(15,16]。描述环境空气对光化学污染,我们还计算两个光化学污染指标测量时间。这两个参数与臭氧体积分数时平均每小时60磅,作为空气质量的极限值,超过(17- - - - - -19]。一个()给出了一个总体积分数限制整个期间,和第二个()是时间的限制的总数超过了60磅的。如果大于7,测量网站被认为是光化学污染的清洁。的计算给出了一个简单的选择分组数据分为三类:清洁(),介质清洁()和污染()[13,14]。段可能的光化学污染指标的计算公式和,在那里是每小时的平均最大最小比臭氧数据,是平均最大值,平均每小时的平均值,臭氧的天数是体积分数超过60磅的极限,然后呢是监控天每段的数量,在我们的案例中101天。前两个指标的几何均值给第三个指标(14]。此外,包括修正和情况占前两个指标显著差异()。

当这三个指标应该有一个更大的价值是很高的。考虑到解释了每日最大和最小之间的区别,从而间接每日臭氧营业额,这些指标也注意对生物体有害的影响。

欧洲的四个站网络(远程合作项目监测和评估空气污染物的传播在欧洲,EMEP)选择比较污染指标Osijek监测站点。三个站是位于农村地区(K-Puszta、Krvavec Illmitz)和一个站附近的市区(Montelibretti)。在网上可以找到完整的地理坐标(www.nilu.no项目/ ccc / network.html)。他们是列在表中1连同他们的关于污染指标数据。

当比较结果与其他站在Osijek, Osijek指标的值高于三农站,但明显低于Montelibretti。

考虑到计算的值Osijek属于介质由于光化学清洁空气污染(表1),这些值相对稳定。很明显,的值指标增加每五年。根据值,Osijek于2002年介质清洁,同时,在2007年和2012年,该指数的值增加3倍以上,和那些年Osijek可分为污染。

臭氧浓度的平均日变化测量时间图所示2。尽管年观察之间的差异,一般来说,在振幅的大小,昼夜分布几乎没有变化。很明显,每五年臭氧值上升。值的分布类似于一个城市站点的典型行为。每天的最大测量值在下午时间表明主要污染物的来源位于靠近监控网站(12,20.]。另一方面,这些值较低的城市网站表明空气混合与周边地区。事实上,的谎言在平原让风从四面八方和风向玫瑰图相似一个圈。

通过计算所有8个小时的移动平均浓度的臭氧,发现120年的阈值μg / m³(60磅)不超过2002年,而2007年这个值被超过21天期间总共181小时。在2012年的所有测量臭氧被发现的8个小时的移动平均浓度超过120的价值μg / m³在26天总共288小时。根据臭氧克罗地亚指令(21)和欧盟的指导方针、臭氧污染环境空气可以超过这个值(120μg / m³在一年)25天。

此外,我们分析了测量一氧化碳、二氧化氮浓度在2007年和2012年。

比较公司的平均日臭氧资料也没有₂对这些污染物浓度显示最大值之前和之后的最大浓度O₃(图3)。这些污染物的分布值是不同的,对于日臭氧(22]。每日为有限公司,没有最大值₂在早晨和夜间时间测量。此模式的代表城市大气气候区域,对应增加早上(06:00-08:00)和夜间(逢)交通密度23]。观察到的CO浓度下降,没有₂预计在2007年和2012年之间,因为增加的臭氧的浓度。公司的主要来源,没有₂是人为的,大部分来自汽车废气(24,25]。他们排放取决于年龄、维护和车辆技术。

通过计算所有的平均浓度为2007年和2012年,很明显,这些污染物的值没有超过限制(限制公司的价值是10毫克/米³——由2000/69 / EC指令为最大程度上的每日8小时平均浓度和没有₂200年μg / m³——由欧盟指令2008/50 /最大程度上的每日小时均值concentration-not超过18倍在日历年)(18,19]。

此外,我们将这些浓度分成两组:天值(太阳辐射、Wm⁻²凌晨至20:00),晚上值(20:00-05:00)。测量运动期间,当地时间与欧洲中部时间(CET)。获得每日晚上浓度和太阳辐射数据进行因子分析来定义变量,描述它们之间的相互依赖关系。因素是基于主成分分析(PCA)其次是方差极大旋转的方法。三个重要的因素是第2007和第2012方差总额中提取83.9%和84.5%,分别。在这两种情况下类似的结果(图4)。第一个因子描述了太阳辐射对臭氧形成的影响。第二个因素分离日常CO浓度和没有₂从他们的夜间浓度(第三个因素)和显示他们共同的起源。这种开发模型也表明浓度₂和公司与O密切负相关₃。没有更高的浓度₂和臭氧浓度和较低有关,由于光化学反应。

我们之间的皮尔逊相关系数计算污染物浓度和气象变量:温度()、相对湿度(rh),大气压力(),可见性(vis)、太阳辐射(),风速(ws)测量了一段2007年和2012年(表2)。

计算相关系数显示O之间存在显著相关性₃和温度、太阳辐射和能见度,预计由于光化学反应。高水平的啊₃在测量与有利的气象和强烈的前体发射。同时,O浓度₃与相对湿度显著负相关,因为较低的湿度通常对应于更高的温度,更高的太阳辐射,和更高的啊₃形成率(23,26]。

O之间的相关性₃,公司,没有₂低,被认为是不重要的。高相关系数和公司之间没有实现₂这是预期因为CO氧化的影响没有没有₂。此外,公司不明显与测量气象参数,而相对湿度和风速与没有负相关₂。

很好地理解气象学和污染物浓度之间的相互依存是必要的评价的影响。PCA已成功应用于识别测量数据(内占主导地位的关系现在27]。PCA紧随其后的是收益率方差极大旋转的结果在图5载荷(即。biplot)。它提供了一个概述监测气象参数之间的相互关系和采集空气样本的属性。臭氧和气象变量的模型表明,臭氧强烈与温度、太阳辐射、和可见性。臭氧浓度是高度受温度和太阳辐射时间反映的重要性光化学臭氧的形成。此外,在夏季的分析数据显示,风速、相对湿度、气压对臭氧的形成没有影响。较高的相对湿度和潮湿的天气通常是降低臭氧浓度由于减少光化活性,但臭氧浓度减少的主要因素是减少太阳辐射和降低温度(23,26]。再一次表明,公司也没有₂强烈积极的相互关联。已经证明PCA可以是一个有用的和有效的工具研究的数据集,如臭氧浓度和气象数据。应用有助于可视化主要测量数据中存在的关系。

4所示。结论

这项研究表明,有重要的气象参数变化之间的关系和边界层臭氧水平。在夏天的负荷非常重的交通由两个光化学污染指标所示,是人为因素的结果。浓度的公司也没有₂不超过的限制欧盟指令和克罗地亚法律,而臭氧浓度超过这些值。计算相关系数和主成分分析的结果显示潜在O之间的关系₃浓度和气象数据,表明臭氧浓度与温度相关,太阳辐射和可见性。污染物CO和没有₂彼此显著相关。当然是需要进一步和永久的研究为了密切识别人类对这些污染物的水平影响边界层的大气。

确认

作者欣然承认金融支持的项目由克罗地亚科学、教育和体育。作者还要感谢Ruđer Bošković研究所,克罗地亚的气象和水文服务,环境和自然保护。

引用

1. a Charron和r·m·哈里森”初级粒子的形成从车辆的排放在路边废气稀释大气,“大气环境,37卷,不。29日,第4119 - 4109页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. r . Vingarzan”回顾表面臭氧背景水平和趋势,“大气环境,38卷,不。21日,第3442 - 3431页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. s e·鲍尔和b . Langmann Berlin-Brandenburg地区夏季烟雾事件分析与嵌套atmosphere-chemistry模型,”大气化学和物理,卷2,不。4、259 - 270年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. p . O . Wennberg t·f·Hanisco l . Jaegle et al .,“氢自由基、氮自由基和O的生产₃在对流层上层。”科学,卷279,不。5347年,调查1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. j·h·宋飞和s . n . Pandis大气化学和物理:从空气污染和气候变化约翰·威利& Sons,纽约,纽约,美国,第二版,2006年版。
6. j·t·霍顿y叮,d . j . Griggs et al ., 2001年气候变化:科学基础,“IPPC专用英国剑桥,剑桥大学出版社,2001年。视图:谷歌学术搜索
7. m . v .托罗l . v . Cremades和j . Calbo VOC和之间的关系_x排放和化工生产的对流层中的臭氧Aburra谷(哥伦比亚),“光化层,卷65,不。5,881 - 888年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m·r·阿什莫尔“评估未来全球臭氧对植被的影响,“植物细胞和环境,28卷,不。8,949 - 964年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. a . n . Mikerov x甘,t . m . Umstead et al .,“性别差异的影响臭氧对生存和肺泡巨噬细胞功能的老鼠肺炎克雷伯菌感染。”呼吸系统的研究第二十四条,卷。9日,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. j . a . Patz d . Campbell-Lendrum t·霍洛威学院和j·a·弗利“地区气候变化对人类健康的影响,”自然,卷438,不。7066年,第317 - 310页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m·康帕和大肠Castanas“空气污染,人类健康的影响”环境污染,卷151,不。2、362 - 367年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 大肠Kovač和t . Cvitaš边界层Osijek臭氧,克罗地亚东部,”Geofizika,24卷,不。2、117 - 122年,2007页。视图:谷歌学术搜索
13. e . Kovač-Andrićg .Šorgo n . Kezele t . Cvitaš和l . Klasinc“光化学污染indicators-an分析12个欧洲监测站,”环境监测和评估,卷165,不。1 - 4、577 - 583年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 麦克格林l . Klasinc t . Cvitašs p . m . Hu x, y Zhangd,“在亚热带地区光化学污染指标,”Croatica Chemica学报,卷84,不。1、16,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. 公元麦克诺特和a·威尔金森纲要的化学术语:Iupac建议英国牛津,布莱克韦尔科学,第二版,1997年版。
16. X.-K。小王和W.-Z。陆”,香港空气污染指数的季节变化:案例研究中,“光化层,卷63,不。8,1261 - 1272年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. “2002/3 / EC号指令的欧洲议会和理事会的有关环境空气中的臭氧,”67年欧洲经济共同体官方杂志LLEX-FAOC039805, 2002年。视图:谷歌学术搜索
18. “指令2008/50 / EC的欧洲议会和欧洲理事会对环境空气质量和更清洁的空气,“152年欧盟官方杂志LLEX-FAOC080016, 2008年。视图:谷歌学术搜索
19. ”指令2000/69 / EC的欧洲议会和理事会2000年11月18日有关限制环境空气中苯和一氧化碳的价值观,“313年欧盟官方杂志LLEX-FAOC038310, 2000年。视图:谷歌学术搜索
20. s . j . Oltmans a . s . Lefohn j·m·哈里斯et al。“长期对流层臭氧的变化,”大气环境,40卷,不。17日,第3173 - 3156页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. r·h .得到“臭氧在空气中,指令”130/11,Narodne Novine报道,萨格勒布,克罗地亚,2011(克罗地亚)。视图:谷歌学术搜索
22. p·g·r·g·德文特河,s . Seuring和c调光器,“观察和解释的季节性周期表面浓度的臭氧和一氧化碳在梅斯的头,从1990年到1994年,爱尔兰”大气环境,32卷,不。2、145 - 157年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. 诉Gvozdić、大肠Kovač-Andrić和j . Brana”气象因素的影响₂,所以₂下午,公司和₁₀在O的浓度₃东部城市大气的克罗地亚,“环境建模和评估,16卷,不。5,491 - 501年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. t . Yorifuji Kawachi, m .金田高雄,鹿岛,和h . Doi”在日本东京柴油汽车排放和死亡率:一个自然实验,”科学的环境,卷409,不。19日,3620 - 3627年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. k . s .布拉德利·d·h·Stedman, g . A .主教,“全球库存的一氧化碳排放量机动车”光化层,1卷,不。1 - 3、65 - 72年,1999页。视图:谷歌学术搜索
26. e . Kovač-Andrićj . Brana诉Gvozdić,”气象因素对臭氧浓度的影响模型,时间序列分析和多元统计方法,”生态信息学,4卷,不。2、117 - 122年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. m . Statheropoulos: Vassiliadis,爸爸,”主成分和典型相关分析研究空气污染和气象数据,”大气环境,32卷,不。6,1087 - 1095年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2013埃尔韦拉Kovač-Andrić等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。