中国城市臭氧的形成机理及污染影响因素研究进展

中国城市臭氧(O3)污染问题日趋严重.O3主要来源于汽车尾气及工业排放氮氧化合物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)光化学反应生成,少部分来自于平流层的向下传输.文章介绍了城市O3形成机理研究情况,概述了中国城市臭氧污染浓度特征及气象因子、气候变化、前体物等影响因素研究进展情况,并对未来研究方向进行了展望.     

盐城市臭氧污染特征及影响因素

对2015—2016年盐城市城区4个空气质量自动监测国控站点的O_3监测数据进行分析,探讨盐城市O_3污染水平、时空分布特征及其与前体物、气象因子之间的关系。结果表明,各站点O_3污染水平较为接近,2016年各站点O_3-8h第90百分位数超标天数较2015年分别下降了43.5%,50.0%,8.7%和43.6%;全年O_3逐月值大致呈双峰分布,高ρ(O_3)主要集中在4—10月;O_3日变化曲线呈明显的单峰分布,一般在05:00—07:00最低,13:00—15:00达到峰值;不同季节的O_3日变化情况有所差异,午后O_3峰值与O_3日变化幅度均在春季最大,冬季最低;NO、NO_2和CO的日变化曲线均呈现出早晚双峰分布,受早高峰影响,一般在07:00左右达到一日中的最大值;O_3与NO_x等前体物均显著负相关,高ρ(O_3)往往出现在高ρ(CO)/ρ(NO_2)时;总体上各站点的ρ(O_3)随风速的增大而增大。     

上海市臭氧污染时空分布及影响因素

分析2006—2016年上海市的监测数据发现,臭氧(O_3)浓度存在逐年上升趋势,污染持续时间有所增加,但除水平风速有下降趋势外,其他相关气象因素的年际变化趋势并不显著。空间分析结果表明,上海市O_3超标主要集中在西南部郊区,但市区O_3超标潜势不容忽视。O_3污染高发季节的污染玫瑰图分析发现,上海市南部地区是影响上海市O_3污染的关键区域;对于NO_2减排的影响分析发现,尽管上海市O_3平均浓度总体处于上升趋势,但在NO_2下降幅度最为明显的内环市区和北部郊区,O_3上升幅度低于NO_2下降幅度较小的内外环区域和西部郊区,表明上海市的O_3污染控制仍需持续推进NOx的减排,并同步推进VOCs的减排。     

安徽省臭氧污染特征及气象影响因素分析

基于2016—2018年安徽省68个国控环境空气质量自动监测站点的臭氧(O₃)监测数据,研究分析了安徽省O₃污染特征及其与气象因子的相关性。结果表明:安徽省O₃污染程度呈现逐年加重趋势,并有显著的季节和月度变化特征。2016—2018年,各年度单月O₃日最大8小时滑动平均质量浓度第90百分位数的最大值分别出现在9月、5月、6月。O₃日变化趋势为典型的单峰形,各年度最低值出现在晨间07:00左右,最高值则是在15:00—16:00。全省O₃浓度总体上呈现出北高南低的空间特征。温度、相对湿度与O₃浓度分别呈现显著正相关、负相关,但在不同季节存在一定差异,其中,春秋季温度与O₃浓度的相关性好于夏冬季,夏季相对湿度与O₃浓度的相关性最为显著。O₃浓度在平均风速为2.1～2.2 m/s时更易出现超标。中部和北部城市在东南风的作用下易出现O₃超标并达到O     

天津市臭氧污染特征与影响因素分析

2013—2015年,天津市臭氧(O_3)浓度整体呈下降趋势,污染状况略低于京津冀区域的其他城市。O_3浓度春、夏季高,冬季低,高值主要集中在5—9月,浓度从早上06:00开始升高,至中午14:00达到峰值。污染主要集中在中心城区、西部和北部地区,东部、南部和西南部地区污染相对较轻。O_3浓度在温度303 K以上、相对湿度70%以下或西南风为主导时较高。VOCs/NOx比值低于8,O_3的生成处于VOCs控制区。芳香烃类和烯烃类对天津市O_3生成贡献最大,其中,乙烯和甲苯为O_3生成潜势贡献最大的物种,其次为间/对二甲苯、丙烯、邻二甲苯、异戊二烯、反-2-丁烯、乙苯等,通过控制汽车尾气、化工行业及溶剂使用等对O_3生成潜势贡献大的VOCs排放源可有效控制天津市O_3污染。     

云南省臭氧污染特征及气象影响分析

为研究云南省臭氧(O3)污染特征及其与气象因子的关系,基于统计学方法及Arc GIS空间差异分析、线性趋势分析、空间离散系数等方法,对全省16个市(州) 2015—2017年33个环境监测站点的监测数据进行了研究。结果表明:研究期间,O3逐渐取代其他大气常规污染物成为首要污染物,其浓度变化范围为19～138μg/m3。云南省各市(州) O3浓度年变化呈现周期性,月度峰值集中出现在春季(3—5月);日变化呈单峰形,峰值集中在14:00—17:00。O3浓度的空间格局由纵向集聚为主转变为横向集聚为主,各集聚区交错分布,低值区由西北部转移到西南部; O3浓度增长率为正的区域集中于东北部和中部,面积约为20.81万km2,占全省总面积的54.29%,其余半环状区域增长率为负。迪庆州O3污染情况与其他市(州)明显不同,且受其他市(州)传输的影响较小。气象因子对O3浓度的影响随时间和地域条件的变化而变化,对典型市(州)(迪庆州、丽江市、昭通市) O3浓度影响最大的为偏南风,影响的浓度区间为20～160μg/m3。     

滁州市臭氧污染特征及一次连续臭氧污染过程分析

利用滁州市环境空气质量监测数据和气象观测数据,分析了滁州市O₃污染基本特征,并着重分析了一次连续O₃污染过程中气象因素、VOCs以及其他污染物对于O₃浓度的影响。结果表明:滁州市环境空气污染类型正由"PM_2.5型"向"PM_2.5和O₃混合型"转变,O₃污染程度呈现加重趋势,污染持续时间有所拉长。9月4—9日一次连续O₃污染过程中O₃呈单峰状;受到光化学生成和区域传输共同影响,峰值时气温大多在30℃以上,相对湿度较小,风速大多处于小风区(WS≤1 m/s),也有部分处于风速较大区域(WS>3 m/s);VOCs/NO_x比值法和O₃/NO_x比值法均反映此次连续O₃污染为VOCs控制;体积分数较大的VOCs物种主要为烷烃,其中单个体积分数最大的物种是乙烷;烯烃是对O₃生成贡献最大的关键活性组分,对O₃生成潜势的贡献为53.5%,控制1-戊烯、反2-戊烯、异戊二烯、间/对二甲苯等物种可以有效控制光化学生成对此次O₃污染过程的影响。     

郑州市近地面臭氧污染特征及气象因素分析

利用国控站点空气质量在线监测数据,识别郑州市2015年近地面臭氧(O_3)污染状况、特征及与颗粒物和氮氧化物水平关系,并以烟厂站为例分析郑州市O_3污染与气象要素的相关性。结果表明:郑州市O_3日最大8 h平均值具有明显季节变化,呈现出夏季春季秋季冬季的特征,夏季岗李水库站O_3月均质量浓度为155.5μg/m3,其余站点月均质量浓度为110~150μg/m3;夏季O_3每日最大8 h浓度具有显著"周末效应",其他季节较不明显;O_3小时浓度日变化呈单峰型分布,在15:00—16:00达到峰值,早晨07:00达到谷值;前体物NOx小时浓度日变化呈双峰型分布,与O_3具有显著负相关性;气象因素相关性分析结果表明,郑州市O_3污染日多出现于高温、低湿和微风等条件,这些气象因素有利于O_3生成和累积。     

海口市臭氧污染及气象条件特征

近年来,臭氧已成为许多城市环境空气的主要污染物之一。笔者分析了2020年海口市5个不同方位代表性监测站点逐小时空气质量监测数据及对应站点的气象要素监测数据。研究结果表明:海口市2020年环境空气污染程度为三级以上的天数有11d,其首要污染物均为臭氧。臭氧浓度高值时段主要出现在10-12月。浓度最大值主要出现在每日14:00-17:00,最小值出现在每日05:00-08:00。气象要素日均值与臭氧浓度相关性大小依次为最高温度＞平均温度＞相对湿度＞降水量＞日照时数＞风速。台风外围下沉气流和东北气流的共同影响是导致海口市臭氧浓度超标的主要因素,下沉气流更有利于低层大气中臭氧的堆积,同时在东北气流影响下,上游区域污染物的传输也会导致海口市臭氧浓度增加。     

大连市臭氧污染特征及典型污染日成因

通过对大连市区10个空气监测子站的监测数据进行分析,探讨了大连市臭氧污染的时空分布、气象条件对臭氧污染的影响,对臭氧污染日进行了归类分析。结果表明,大连市臭氧污染主要出现在4—10月。在强紫外辐射、高温、低湿、低压和低风速的气象条件下,监测点位的臭氧浓度较高。臭氧污染日的日变化分为单峰型、双峰型和夜间持续升高型3种类型。通过对2015年的一次高浓度臭氧污染过程的气象条件、污染物浓度和污染气团轨迹进行分析,发现臭氧浓度在夜间持续升高现象与区域输送密切相关。     

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。     

全国及重点区域臭氧污染现状

分析2013—2016年中国开展臭氧(O_3)监测的338个城市(港、澳、台不在统计范围)O_3污染现状和时空变化特征,结果表明:中国城市O_3污染日益突出,2015年54个城市O_3超标,75.9%的O_3超标城市位于京津冀及周边、长三角、珠三角区域,O_3区域污染特征显著。74个城市O_3浓度整体呈上升趋势并向高值区集中,京津冀区域O_3污染最为严重。O_3污染季节变化特征明显,O_3污染主要集中于5—10月,京津冀、长三角和珠三角区域O_3最高超标天数分别出现在6、5、10月。建议加强O_3成因分析,建立O_3污染控制策略,有效应对O_3污染,实现科学减排。     

青岛市大气臭氧的生成敏感性及影响因素分析

利用2013年青岛市区的O_3监测数据,系统分析O_3污染状况、生成的敏感性及影响因素。结果表明,2013年青岛市区O_3年评价质量浓度为0.114 mg/m3,日评价质量浓度达标率为99.5%;空间分布显示,商业区和居民区的O_3浓度较工业区高。O_3生成主要受前体物VOCs控制,且高温、低湿、长日照时数等气象条件均有利于O_3的生成。植被排放的VOCs对O_3污染有重要贡献,机动车排放的贡献则不显著,控制其排放反而会引起O_3浓度升高。     

欧盟臭氧污染监测现状及我国开展臭氧污染监测的建议

综述了欧盟臭氧前体物排放及地面臭氧污染监测的现状,分析了欧盟重视地面臭氧污染监测的原因及存在的主要问题.根据欧盟在地面臭氧污染监测方面的经验和做法,提出了加强我国地面臭氧污染监测的必要性和具体建议.     

海口市臭氧污染特征

基于2013—2015年海口市4个空气质量自动监测站点数据,结合气象资料,分析了海口市O_3的污染特征。结果表明:海口市O_3总体优良,优良天数比例为99.4%,污染天数均为轻度污染;在良和污染天数中,O_3作为首要污染物的天数占40%,超过其他5项污染物占比。海口市10月O_3浓度最高。O_3月均浓度与温度呈负相关关系,同时与风向有密切关系:5—8月气温较高,以南风为主,O_3浓度较低;1月北风频率较高,易受外来污染传输作用,O_3浓度相对较高。O_3超标日以东北风为主,日变化并未呈现单峰型特征,12:00—22:00时段O_3浓度在10%范围内小幅变化。台风外围型和北方冷高压底部型是造成海口市O_3超标的2类典型天气形势。     

济南市夏季甲醛时空分布特征及对臭氧污染的影响

基于Sentinel-5P卫星遥感数据,分析济南市2019—2021年夏季甲醛浓度的时空分布特征及对臭氧污染的影响。结果表明：研究期间夏季甲醛平均柱浓度呈逐年下降趋势,2020年同比降幅最大为24%;甲醛浓度高值区域主要分布在人口密集的市区及工业聚集的章丘区、济阳区和商河县,呈现由城市中心向外扩散的趋势;甲醛浓度受周边城市的影响,形成一条东西向的区域化污染带;甲醛对臭氧的影响主要表现在臭氧污染轻度或污染初期,而氮氧化物的排放进一步加重臭氧污染。     

气象因素对泉州臭氧的影响

利用泉州城区2017年全年连续观测的O_3和气象要素资料,统计了臭氧浓度的分布特征,分析了气象要素对O_3质量浓度的影响,对比了O_3超标日和非超标日的气象要素特征。结果表明:(1)泉州市O_3质量浓度月变化呈双峰形,春季最高,夏季最低;日变化呈单峰形,最大值出现在13:00—14:00,最小值出现在06:00—07:00,上下游站O_3浓度存在明显传输效应。(2)泉州O_3质量浓度与相对湿度呈负相关,其相关性最高;与风速呈正相关,其相关系数最低,且存在明显区位性差异;与气温的相关性比较复杂,既有正相关,也有负相关。(3)各站点O_3小时质量浓度超标时,均对应2个气象要素区间值。(4)对比污染日非污染日发现,污染日相对湿度较低(50%～60%),非污染日较高(70%～80%);污染日温度略低于非污染日;污染日风向总体为西南偏南,非污染日风向为西南-东南。     

天津市臭氧污染现状与污染特征分析

通过臭氧监测实验,系统研究了天津市城区的臭氧污染现状、污染特征和时空分布规律,并从空间上确定了城市城区易发生光化学污染的敏感区域、高发区域.     

合肥市典型臭氧污染特征及成因分析

综合利用环境空气质量常规监测、挥发性有机物(VOCs)在线监测,以及后向轨迹聚类分析、权重潜在源区分析和正交矩阵因子分解法等多种监测分析方法,基于合肥市经历的一次典型臭氧(O₃)污染过程(2020年9月1—10日),系统分析了合肥市O₃污染的典型特征及成因。结果显示,此次污染过程的O₃小时平均浓度高达96 μg/m³,且O₃浓度波动较大,在9月6日13:00达到了224 μg/m³,呈现出快速生成、快速消耗的污染特征,并在夜间呈现出非典型的二次峰值过程。污染期间,合肥市基本处于VOCs控制区,芳香烃对O₃生成潜势的贡献最大(45.2%),其次是烷烃(31.8%)和烯烃(21.5%);污染阶段的VOCs主要来自机动车排放源(44.1%)、燃烧源(21.3%)、工业源(15.3%)、溶剂使用源(12.4%)和天然源(6.9%),累积阶段和污染阶段均受机动车尾气排放和溶剂使用的影响较大。此外,台风外围下沉气流和高温、低湿、低风速等气象条件是引发此次O₃污染过程的主要外因,而合肥市周边的高污染区域则是此次O₃污染过程的潜在外部源区。     

2022年青岛市沿海区域臭氧污染特征及传输影响分析

基于2022年1—12月青岛市沿海区域臭氧（O₃）自动监测数据和气象观测资料,对O₃污染变化特征及影响因素进行了分析,结合后向轨迹聚类与潜在源区分析等方法,对O₃外来输送通道及潜在源分布情况进行分析研究。结果表明：青岛市沿海区域O₃污染主要集中在4—10月份,日变化特征呈单峰单谷趋势,峰值出现在15：00—16：00;气象因素中,地面短波辐射对O₃浓度变化的相对贡献最大,偏南风易导致O₃污染;受二氧化氮（NO₂）滴定作用以及海陆风转换影响,沿海区域O₃峰值与谷值均滞后青岛城区1 h左右;O₃生成整体处于VOCs控制区,1-丁烯、正丁烷与异戊烷是O₃污染期间导致O₃浓度上升的关键组分;O₃污染的主要潜在源区为长三角北部和黄海近岸海域,以及山东中南部地区。