基于PMF量化工业排放对大气挥发性有机物(VOCs)的影响:以南京市江北工业区为例

挥发性有机物(VOCs)在臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)生成中起着关键作用.南京市江北地区工业密集,为评估工业排放对大气VOCs的影响,本研究于2017年3月在工业区受体点南京信息工程大学(南信大)开展了为期近1个月的VOCs采样和测量.监测数据显示南信大站点大气VOCs浓度波动大,范围(体积分数)在10.3×10-9~200.5×10-9之间,烯烃、芳香烃和卤代烃等组分(例如:乙烯、丙烯、苯、苯乙烯、二氯甲烷等)存在明显的异常高值.利用正交矩阵因子模型(PMF)对VOCs进行来源解析,结果显示在观测期间与工业排放相关源的平均贡献为50.0%,其中石化源、化工源以及涂料和溶剂使用源的贡献分别为14.9%、19.3%和15.8%.在VOCs高污染时段,与工业排放相关源的占比高达74.9%.进一步结合风速和风向数据,确定了不同类型工业源的主导方位,追溯排放源的潜在位置.     

我国典型城市环境大气挥发性有机物特征比值

城市环境大气挥发性有机物(VOCs)比值能够提供有用信息.基于在我国典型城市进行的7次VOCs观测数据,利用正交最小二乘法(ODR)、线性拟合法等4种方法计算了VOCs组分比值,并探讨其在监测数据质量评估、来源诊断和光化学过程研究中的应用.结果显示:间,对-二甲苯与邻-二甲苯浓度在7次观测中均呈现非常好的相关性(r为0.975~0.997),且不同观测中比值接近(2.78~3.05),这一比值可以用来对城市大气VOCs(尤其是芳香烃)测量数据的可靠性进行评估.以甲苯/苯(T/B)和丙烷/乙烷(P/E)为例初步分析了我国不同城市大气VOCs来源的差异.上海和广州T/B最高,分别为2.37和1.78,高于隧道实验中T/B比值(1.52),说明还受到溶剂涂料等富含甲苯的排放源影响,北京夏季T/B与隧道实验接近,而成都、北京冬季和重庆T/B较低(0.744~1.36),说明受到生物质燃烧、煤燃烧等其他富含苯的排放源影响.P/E分析结果显示,广州P/E(1.27)显著高于其他数据集(0.270~0.645),与2010年广州部分公交车和出租车仍利用液化石油气(LPG)作为燃料有关.另外,基于邻-二甲苯/乙苯变化特征表征光化学反应程度,并初步估算出典型城市大气上午·OH暴露量为(2.70~4.45)×10~(10)molecule·cm~(-3)·s.     

基于城市大气挥发性有机物特征分析的数据质量评估方法及案例

城市大气挥发性有机物(VOCs)监测是空气质量监测网的重要组成部分,而数据质量控制和质量保证是VOCs监测的基础。基于8次中国城市大气VOCs外场监测,通过挖掘VOCs浓度、组成和化学活性的内在规律,对VOCs监测数据质量进行评估并总结方法。分析结果显示:城市大气乙烷和苯等长寿命组分具有明显的背景浓度,且区域背景值较为接近,可以用来诊断长寿命VOCs组分浓度异常偏低或偏高现象。而示踪组分的季节(日)变化规律可以用来识别VOCs组分定性问题(如夏季大气异戊二烯和烷基硝酸酯浓度日变化规律应反映植被排放和光化学反应特征)。另外,在气团混合均匀的情况下,VOCs浓度波动与其活性之间存在负相关,这一规律可以用来核查数据准确性或局地源影响。     

基于EOF/SVD的2018年湖北省臭氧特征及其高值与气象要素关系研究

基于湖北省2018年4-10月臭氧、温度和相对湿度逐小时监测数据以及50 m风场逐小时再分析数据,采用经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)方法,分析了2018年湖北省臭氧特征及其高值与气象要素关系。结果表明:湖北省臭氧日最大8 h浓度距平呈现以武汉为正值中心、自鄂东向鄂西递减的主要空间分布型;15:00臭氧与温度呈现较好的正相关关系,以随州、襄阳及其周边最为明显;与14:00相对湿度呈现很好的负相关关系,以孝感、随州、荆门及其周边最为明显;襄阳西部和十堰北部地区15:00 50 m风场的纬向分量对本地臭氧高值有一定影响,武汉北部、黄冈北部以及孝感东部等地15:00 50 m风场的经向分量对本地臭氧高值影响较大。     

七大区域不同温湿条件下臭氧浓度变化

近年来,我国臭氧（O₃）污染形势日趋严峻,在多地已超越PM_2.5成为大气环境的首要污染物.气象条件,尤其是温度和湿度对O₃生成的影响极大.因此,厘清并量化不同区域温度和湿度变化对O₃浓度的影响可为政府防治臭氧污染提供理论依据.通过分析2015年1月1日至2022年7月31日实测日最大温度（T_max）和相对湿度（RH）与臭氧日最大8 h滑动平均值（O₃-8h）的关系,发现臭氧污染严重的七大区域的O₃-8h与T_max呈线性正相关关系,温度惩罚因子范围为2.1~6.0 μg ·（m³ ·℃）^-1;O₃-8h与RH呈非线性关系,RH为55%时O₃-8h最高;不同区域对T_max和RH的敏感度稍有不同,总体上最适合O₃生成的气象条件为29℃≤T_max<38℃且40%≤RH<70%.长三角、苏皖鲁豫和长江中游地区在T_max≥35℃的极端高温条件下,O₃-8h停止随温度的上升而增长,反而出现下降现象,且往往伴随颗粒物浓度的小幅上升.这可能与部分前体物在水汽含量变高的情况下发生非均相反应及臭氧的非均相汇增加有关.     

江苏省2013-2016年臭氧时空分布特征

利用2013-2016年江苏省国控空气自动站获得的臭氧（O₃）观测数据，探讨江苏省O₃时空变化特征。结果表明，自2013年以来江苏省大气氧化剂OX （O₃和NO₂）和O₃浓度呈逐年升高趋势，升高速率分别为0.98×10^-9a^-1和3.70 μg/（m³·a），O₃增幅在我国处于较高水平。在O₃空间分布上，东部沿海O₃浓度相对高于西部内陆，O₃浓度高值由沿海地区逐渐向内陆辐散，呈现出区域性O₃污染。结合经验正交分解进行聚类统计检验，结果显示江苏省O₃分区主要分为苏南、苏中和苏北3类，与江苏省经济发展水平表现出一定的同步性。     

G20峰会期间宜兴市大气VOCs特征及来源分析

2016年G20杭州峰会期间,应用TH-300B挥发性有机物在线监测仪对江苏省宜兴市大气VOCs进行监测,烷烃、烯烃、芳香烃、乙炔、氯代烃、OVOC、乙腈体积混合比分别为11.00×10~(-9)、1.93×10~(-9)、5.78×10~(-9)、1.23×10~(-9)、4.16×10~(-9)、10.37×10~(-9)、0.27×10~(-9),应用臭氧最大生成潜势系数计算,烯烃和芳香烃为OFP贡献最大的活性组分,VOCs中臭氧前体物NMHCs主要来源为工业排放(42.2%)、机动车尾气(17.9%)、油气挥发(20.8%)、溶剂挥发(7.0%)、植物源贡献(12.1%),结合条件概率函数分析,其中的人为污染源与西北、东南方向的污染源分布有关,植物源与西南山地丘陵区域有关.在大气污染物排放严格管控期(2016-09-01~2016-09-06),主要源于一次排放的大气污染物浓度均有所下降,NMHCs中工业源占比下降至30.5%,植物源占比上升至16.8%.     

杭州市臭氧污染特征及过程分析

利用2013—2016年杭州市国控点臭氧观测资料,讨论了杭州市臭氧时空变化特征,并对一次臭氧高浓度过程进行分析。结果显示,近年来杭州市臭氧浓度以10. 3%的升幅渐增,增幅大于北京、上海、广州等城市。千岛湖背景点及位于城区的朝晖五区、下沙、西溪站点臭氧浓度月变化存在2个峰值,第一峰值出现在5月,受降水、温度影响次峰值出现在8—10月;夜间臭氧浓度背景点高于城区点。杭州市10个国控站点臭氧浓度相对标准偏差逐年减小,臭氧污染已呈区域性,城东为重污染区域。2015年8月出现的一次臭氧重污染过程主要是受副热带高压控制下和台风外围的影响,导致杭州市朝晖五区站点臭氧浓度高达228μg/m~3,台风登陆后得以缓解。     

连云港黑碳气溶胶污染特征研究

采用2016年大气多参数站监测数据,分析连云港市大气中ρ(黑碳气溶胶)的小时及月度变化规律,结果表明,观测期间,黑碳气溶胶与NO_2、CO、PM_(10)、PM_(2.5)显著相关,与风速、能见度等呈负相关;黑碳气溶胶年均值为2.10μg/m~3,日变化呈明显双峰型,峰值出现在08:00和21:00左右;从季节看,ρ(黑碳气溶胶)冬春季高、夏秋季低;在不利气象条件时,ρ(黑碳气溶胶)有所增高,通过模型分析化石燃料燃烧产生的黑碳占比增大,说明在不利气象条件时,化石燃料燃烧产生的黑碳是影响ρ(黑碳气溶胶)及ρ(颗粒物)上升的主要因素。     

江苏省夏季典型传输通道城市臭氧污染成因及VOCs污染特征

在2020年8月11—15日的一次典型光化学污染过程中,在江苏省东南沿江传输通道城市同步开展了大气挥发性有机物(VOCs)的加密观测,使用基于观测的OBM模型诊断了典型城市臭氧(O_(3))生成机制,并分析其污染成因,梳理了通道城市VOCs化学组成特征、O_(3)生成潜势(OFPs)及污染日与清洁日的差异。结果表明,监测期间大部分城市呈现首尾(8月11和15日)O_(3)超标、中间达标的特征,气象要素影响较小,与前体物关联更为密切。沿江通道城市污染日VOCs总体积分数为15.79×10^(-9)~54.9×10^(-9),均值为31.88×10^(-9),是清洁日城市总体积分数均值(18.08×10^(-9))的1.76倍。南京、镇江、扬州等城市O_(3)生成总体处于VOCs控制区,泰州8月11日处于NOx控制区。各城市VOCs化学组成均以烷烃为主(平均占比31.8%),其次是含氧挥发性有机物(OVOCs)(26.5%)和卤代烃(19.1%),其他组分占比较低。污染日烷烃、炔烃和芳香烃的体积分数升幅显著高于其他类组分,尤其是芳香烃,增幅为45.1%~296.3%。各城市OFPs中,优势组分均为芳香烃和烯烃,其中乙烯、丙烯、甲苯、乙苯和间对二甲苯等物种质量浓度在污染日上升显著,对O_(3)生成影响较大。