环境空气中臭氧浓度变化影响因素的相关性分析
摘要：本文使用相关性分析法就影响环境空气中臭氧浓度的各种相关因素进行深入分析与研究，并对环境空气中的臭氧污染问题提出有效的防治措施。
关键词：臭氧污染；臭氧浓度变化；影响因素；相关性分析
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0179-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.106
Abstract： In this article， we will conduct an in-depth analysis and research on various relevant factors that affect the ozone concentration in ambient air using correlation analysis to effectively prevent and control ozone pollution in the ambient air.
Key words： Ozone pollution； Ozone concentration change； Influencing factors； Correlation analysis
臭氧層一般在地球的平流层，距离地面10～50km，里面充斥一定浓度的臭氧。臭氧属于大气中的一种微量气体，含有三个氧原子。臭氧层包裹在地球表面，保护着我们的健康，阻挡了来自太阳紫外线对人类的伤害。然而近年来，原本稳定的臭氧层臭氧浓度发生了变化。虽然臭氧是上天赐给人类的一把保护伞，但是在一定情况下也危害着人类的健康。高浓度的臭氧对我们的眼睛和呼吸道有着严重的刺激，并对我们的肺功能产生了一定的影响；另一方面，对地球表面植物的健康成长也有着严重的影响。
近年来，一些专家发现地球表面的臭氧浓度发生了变化，部分地区上空的臭氧浓度出现了快速增长的趋势，还有部分地区的臭氧浓度降低，越来越稀薄，甚至部分地区的上空出现了臭氧空洞。
1 臭氧的产生及其性质
臭氧可以说是氧气的一种异构体，在大气中的含量极少，仅占大气成分的一亿分之一，臭氧的浓度取决于地区的海拔高度。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要分布在地球外部距离地面10～50 km的空间，臭氧浓度的最大值则处于20～25 km高度的地方。对于地球上的生物来说，臭氧层起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV-B（UV-B是紫外线的一种波长）的作用。但是，从另外一方面来说，紫外线是平流层的热能的来源，并且臭氧分子又是平流层大气十分重要的组成部分，因此可以说臭氧层在平流层中的分布影响着平流层的温度结构以及大气运动，并且起着决定性的作用。简单来说，臭氧层影响着地球的气候环境。而近些年来，因为臭氧污染和臭氧层的破坏，许多地方出现了各种的极端天气。就南极来说，南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60%。现如今南极大陆的冰架融化了，海平面也在不断的上升，这些问题时刻威胁着人类的生存。
臭氧来自于大自然，太阳光线中的紫外线可以分为长波和短波两种，大气中的氧气分子受到来自太阳光线中的短波紫外线照射后，原本的氧分子就会产生变化，从而分解成原子状态。从化学上来讲，氧原子具有极强的不稳定性，所以特别容易与大气中的其它物质发生反应。比如说与氢（H2）反应生成水（H2O），与碳（C）反应生成二氧化碳（CO2）。所以，在经过紫外线短波的照射后，它会与氧分子（O2）发生反应，从而就形成了臭氧（O3）。在臭氧形成后，又因为臭氧的比重大于氧气，所以会慢慢向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着大气层中温度的变化，臭氧不稳定性愈强，又再受到长波紫外线的照射，所以又再一次的还原为氧。臭氧层就这样保持着这种氧气与臭氧相互转换，维持着这种动态平衡。
2 影响环境空气中臭氧浓度变化因素的相关分析
2.1 研究数据来源
本文选取某城市的环境空气自动监测点中2017年7月份的数据为基础监测数据，包括空气中二氧化硫、臭氧、一氧化氮和可吸入颗粒物等以及湿度、温度以及压强等每小时均值，排除地理因素的影响，对影响该地环境空气中的臭氧浓度变化的相关因素进行了分析研究。
2.2 研究分析方法
在此次分析方法中，我们选取相关性分析法。相关性分析是指通过对两个或者两个以上的多个变量数据进行分析，从而得出两个变量因素的相关密切程度。正常情况下，所得出的相关性系数数值越大就说明两个因素的相关密切程度越高。通常情况下计算得出的相关性系数我们会用r表示，且假若0<∣r∣<1，就说明两个变量数值之间存在着一定量上的线性相关关系。并且∣r∣越接近于1，就说明两个的变量的关系越密切。
2.3 相关性分析
依据数据统计得出，离地表较近的臭氧浓度出现了有规律的周期性波动，而在每日的变化过程中，臭氧的浓度会随着日温度的变化而变化。温度升高时，大气中的臭氧浓度也会随之增大；温度降低时，大气中接近地表的臭氧浓度也会降低；大气中臭氧浓度的最大值一般会出现在下午1：00之后以及下午6：00之前。由于伴随着日温度的逐渐升高，来自于大阳光中的紫外线短波的辐射越来越强，从而使大气中的氧分子加速分解促使臭氧的产生。一般情况下臭氧浓度达到极大值的时间点略微滞后于一天之中紫外线辐射最强的时间，这是因为由于太阳光中的紫外线短波对大气中的氧原子产生反应需要一定的时间。
此外，依据统计分析显示，该地大气中的臭氧浓度与该地的实时温度存在正相关的线性关系。当一天中温度最高的时候，大气中所蕴含的臭氧浓度也会随之升高；反之，温度越低，臭氧浓度也会随之下降。此外，该地大气环境中的臭氧浓度与湿度以及当地的大气压强均呈现出负相关关系，其他物质均与臭氧浓度没有较为明显的相关性，基本无相关。
3 臭氧污染的危害
在我们的日常生活中，接近地球表面的臭氧层是一个天然的保护伞，它吸收太阳光中的紫外线，减少了紫外线对我们的伤害以及使其他的动植物免遭这种辐射的危害。然而，近年来，大气中的臭氧污染变得越来越严重，为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞，人们采取了很多办法，甚至为此专门设立国际保护臭氧层日。由此给人的印象似乎是受到保护的臭氧应该越多越好。然而并非如此，世界上所有的东西和物质都是有一定的量的，倘若这个定量产生变化，不管是多还是少，都会打破自然界的和谐，从而影响到我们的生活。
臭氧是地球大气中一种微量气体，它围绕在地球的表面，是大自然赐给我们的一道天然屏障。然而并不是所有的臭氧都是需要我们保护的，需要我们保护的是离地面有10～50km，在平流层中的臭氧层。即使还有少部分的臭氧分子徘徊在近地面，但所起到的作用却是十分微小的。经过监测和观察，发现近年来地面附近大气中的臭氧浓度有快速增高的趋势。虽然臭氧在平流层起到了保护人类与环境的重要作用，但若其在对流层浓度增加，则会对人体健康产生有害影响。臭氧对眼睛和呼吸道有刺激作用，对肺功能也有影响，较高浓度的臭氧对植物也是有害的。
4 小结
臭氧污染和PM2.5污染一樣，是我国经济社会发展到今天的负面产物，它们的治理虽然需要顶层设计、需要环保部们与科研机构的通力合作，但这并不代表着和普通大众没有关系，我们在抱怨空气污染之时，也要反思自己是否存在有使用非清洁能源等助长臭氧污染的行为。毕竟我们共同生活在同一片蓝天下，只有每个人将减少空气污染当做保护自己生命一样严肃，空气污染才能得到真正有效的治理。
参考文献
[1]王雪松，李金龙.北京地区臭氧源识别个例研究[J].北京大学学报（自然科学版），2003，（02）：59.
[2]郑永光，朱佩君，陈尊裕，陈鲁言，崔宏，郑向东，赵琼，秦瑜.东南亚地区生物体燃烧影响华南地区对流层臭氧垂直分布的个例分析[J].地球物理学报，2004，（05）：39.
[3]于伟伟. 臭氧污染对冬小麦根系生物学特性及根际土壤环境的影响[D].洛阳：河南科技大学，2014.
[4]张青，宫正宇，孟晓艳，颜鲁河.成渝地区臭氧污染特征分析[J].环境科学与技术，2017，40（S1）：9-11.
收稿日期：2018-01-08.
作者简介：李月（1983-），女，硕士研究生，环境工程师，研究方向为环境监测。
关键词：臭氧污染；臭氧浓度变化；影响因素；相关性分析
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0179-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.106
Abstract： In this article， we will conduct an in-depth analysis and research on various relevant factors that affect the ozone concentration in ambient air using correlation analysis to effectively prevent and control ozone pollution in the ambient air.
Key words： Ozone pollution； Ozone concentration change； Influencing factors； Correlation analysis
臭氧層一般在地球的平流层，距离地面10～50km，里面充斥一定浓度的臭氧。臭氧属于大气中的一种微量气体，含有三个氧原子。臭氧层包裹在地球表面，保护着我们的健康，阻挡了来自太阳紫外线对人类的伤害。然而近年来，原本稳定的臭氧层臭氧浓度发生了变化。虽然臭氧是上天赐给人类的一把保护伞，但是在一定情况下也危害着人类的健康。高浓度的臭氧对我们的眼睛和呼吸道有着严重的刺激，并对我们的肺功能产生了一定的影响；另一方面，对地球表面植物的健康成长也有着严重的影响。
近年来，一些专家发现地球表面的臭氧浓度发生了变化，部分地区上空的臭氧浓度出现了快速增长的趋势，还有部分地区的臭氧浓度降低，越来越稀薄，甚至部分地区的上空出现了臭氧空洞。
1 臭氧的产生及其性质
臭氧可以说是氧气的一种异构体，在大气中的含量极少，仅占大气成分的一亿分之一，臭氧的浓度取决于地区的海拔高度。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要分布在地球外部距离地面10～50 km的空间，臭氧浓度的最大值则处于20～25 km高度的地方。对于地球上的生物来说，臭氧层起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV-B（UV-B是紫外线的一种波长）的作用。但是，从另外一方面来说，紫外线是平流层的热能的来源，并且臭氧分子又是平流层大气十分重要的组成部分，因此可以说臭氧层在平流层中的分布影响着平流层的温度结构以及大气运动，并且起着决定性的作用。简单来说，臭氧层影响着地球的气候环境。而近些年来，因为臭氧污染和臭氧层的破坏，许多地方出现了各种的极端天气。就南极来说，南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60%。现如今南极大陆的冰架融化了，海平面也在不断的上升，这些问题时刻威胁着人类的生存。
臭氧来自于大自然，太阳光线中的紫外线可以分为长波和短波两种，大气中的氧气分子受到来自太阳光线中的短波紫外线照射后，原本的氧分子就会产生变化，从而分解成原子状态。从化学上来讲，氧原子具有极强的不稳定性，所以特别容易与大气中的其它物质发生反应。比如说与氢（H2）反应生成水（H2O），与碳（C）反应生成二氧化碳（CO2）。所以，在经过紫外线短波的照射后，它会与氧分子（O2）发生反应，从而就形成了臭氧（O3）。在臭氧形成后，又因为臭氧的比重大于氧气，所以会慢慢向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着大气层中温度的变化，臭氧不稳定性愈强，又再受到长波紫外线的照射，所以又再一次的还原为氧。臭氧层就这样保持着这种氧气与臭氧相互转换，维持着这种动态平衡。
2 影响环境空气中臭氧浓度变化因素的相关分析
2.1 研究数据来源
本文选取某城市的环境空气自动监测点中2017年7月份的数据为基础监测数据，包括空气中二氧化硫、臭氧、一氧化氮和可吸入颗粒物等以及湿度、温度以及压强等每小时均值，排除地理因素的影响，对影响该地环境空气中的臭氧浓度变化的相关因素进行了分析研究。
2.2 研究分析方法
在此次分析方法中，我们选取相关性分析法。相关性分析是指通过对两个或者两个以上的多个变量数据进行分析，从而得出两个变量因素的相关密切程度。正常情况下，所得出的相关性系数数值越大就说明两个因素的相关密切程度越高。通常情况下计算得出的相关性系数我们会用r表示，且假若0<∣r∣<1，就说明两个变量数值之间存在着一定量上的线性相关关系。并且∣r∣越接近于1，就说明两个的变量的关系越密切。
2.3 相关性分析
依据数据统计得出，离地表较近的臭氧浓度出现了有规律的周期性波动，而在每日的变化过程中，臭氧的浓度会随着日温度的变化而变化。温度升高时，大气中的臭氧浓度也会随之增大；温度降低时，大气中接近地表的臭氧浓度也会降低；大气中臭氧浓度的最大值一般会出现在下午1：00之后以及下午6：00之前。由于伴随着日温度的逐渐升高，来自于大阳光中的紫外线短波的辐射越来越强，从而使大气中的氧分子加速分解促使臭氧的产生。一般情况下臭氧浓度达到极大值的时间点略微滞后于一天之中紫外线辐射最强的时间，这是因为由于太阳光中的紫外线短波对大气中的氧原子产生反应需要一定的时间。
此外，依据统计分析显示，该地大气中的臭氧浓度与该地的实时温度存在正相关的线性关系。当一天中温度最高的时候，大气中所蕴含的臭氧浓度也会随之升高；反之，温度越低，臭氧浓度也会随之下降。此外，该地大气环境中的臭氧浓度与湿度以及当地的大气压强均呈现出负相关关系，其他物质均与臭氧浓度没有较为明显的相关性，基本无相关。
3 臭氧污染的危害
在我们的日常生活中，接近地球表面的臭氧层是一个天然的保护伞，它吸收太阳光中的紫外线，减少了紫外线对我们的伤害以及使其他的动植物免遭这种辐射的危害。然而，近年来，大气中的臭氧污染变得越来越严重，为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞，人们采取了很多办法，甚至为此专门设立国际保护臭氧层日。由此给人的印象似乎是受到保护的臭氧应该越多越好。然而并非如此，世界上所有的东西和物质都是有一定的量的，倘若这个定量产生变化，不管是多还是少，都会打破自然界的和谐，从而影响到我们的生活。
臭氧是地球大气中一种微量气体，它围绕在地球的表面，是大自然赐给我们的一道天然屏障。然而并不是所有的臭氧都是需要我们保护的，需要我们保护的是离地面有10～50km，在平流层中的臭氧层。即使还有少部分的臭氧分子徘徊在近地面，但所起到的作用却是十分微小的。经过监测和观察，发现近年来地面附近大气中的臭氧浓度有快速增高的趋势。虽然臭氧在平流层起到了保护人类与环境的重要作用，但若其在对流层浓度增加，则会对人体健康产生有害影响。臭氧对眼睛和呼吸道有刺激作用，对肺功能也有影响，较高浓度的臭氧对植物也是有害的。
4 小结
臭氧污染和PM2.5污染一樣，是我国经济社会发展到今天的负面产物，它们的治理虽然需要顶层设计、需要环保部们与科研机构的通力合作，但这并不代表着和普通大众没有关系，我们在抱怨空气污染之时，也要反思自己是否存在有使用非清洁能源等助长臭氧污染的行为。毕竟我们共同生活在同一片蓝天下，只有每个人将减少空气污染当做保护自己生命一样严肃，空气污染才能得到真正有效的治理。
参考文献
[1]王雪松，李金龙.北京地区臭氧源识别个例研究[J].北京大学学报（自然科学版），2003，（02）：59.
[2]郑永光，朱佩君，陈尊裕，陈鲁言，崔宏，郑向东，赵琼，秦瑜.东南亚地区生物体燃烧影响华南地区对流层臭氧垂直分布的个例分析[J].地球物理学报，2004，（05）：39.
[3]于伟伟. 臭氧污染对冬小麦根系生物学特性及根际土壤环境的影响[D].洛阳：河南科技大学，2014.
[4]张青，宫正宇，孟晓艳，颜鲁河.成渝地区臭氧污染特征分析[J].环境科学与技术，2017，40（S1）：9-11.
收稿日期：2018-01-08.
作者简介：李月（1983-），女，硕士研究生，环境工程师，研究方向为环境监测。
