秋季典型光化学污染过程的分析

通过一个月的Ｏ３－ＮＯｘ同步观测和有关气象资料的分析,研究了光化学污染特点和及其和气象的关系,发现秋季的光化学污染过程,既有冬夏两季局地源产生和积累的机制,也有春季外来源造成的高浓度Ｏ３污染特点。Ｏ３的最大浓度和日最大值平均浓度分别为１６８．７μｇ／ｍ＾３和１１４．８μｇ／ｍ＾３。     

南京地区光化学污染特征及其变化趋势研究

以高浓度臭氧为主要特征的光化学污染是城市地区主要的大气污染问题之一。利用WRF-CALGRID空气质量模式系统模拟南京地区的光化学污染特征,结果显示前体物的浓度分布与污染物排放的情况较吻合,臭氧的高值区主要分布在城市的下风方向、源区浓度较低,白天臭氧的浓度普遍大于日平均浓度。利用WRF-CALGRID模拟减少35%前体物排放后臭氧浓度的变化,结果显示前体物浓度减小幅度与35%相差不大,减少NOx时臭氧增加、减少VOC时臭氧减少,说明南京城市区域多为VOC控制区;进一步通过光化产物指示因子分析,结果显示南京地区的指示因子数值小于敏感性过渡值,控制臭氧浓度要控制VOC的排放。利用WRF-CALGRID模拟未来气温增加条件下臭氧的变化,结果显示南京大部分地区浓度将增高1×10-9以上。城市光化学污染问题不容忽视。     

城市光化学污染机理与规律研究进展

有关大气光化学机理和规律的研究是进行光化学模拟和对城市大气光化学污染进行综合控制的基础。主要从污染源、化学反应机理、输送扩散和沉降等方面综述了近年来国外有着光化学污染机理和规律的研究。着重从Ｏ３生成潜势出发,分析了对流层中Ｏ３与其前体物之间的指出应当在竣 监测基础上,建立适合我国城市的光化学机理,以利于Ｏ３控制对策的制定。     

工业区VOCs监测因子在光化学污染分析中的研究

为研究工业区VOCs监测因子在光化学污染分析中的贡献,文章基于上海市1个工业区园区站、1个工业区周边居民区点和1个远郊居民区点2019年7月和2020年1月的监测数据,分析了工业区监测因子(VOCs-36)和PAMS物种(VOCs-57)共同监测部分的体积浓度占比情况和臭氧生成潜势,并讨论了VOCs-36应用于比值分析法的适用性。结果发现,VOCs-36和VOCs-57有28种共同监测组分(VOCs-28),VOCs-28在VOCs-36的体积浓度平均贡献量为85.7%,VOCs-36包含了用于指示VOCs污染物来源和光化学反应比值法分析常用的VOCs物种,VOCs-28的臭氧生成潜势占VOCs-57总量的89.3%～94.4%。综合评价,在光化学污染过程分析时,VOCs-36基本可以代表光化学污染的整体水平。上海市工业区VOCs-36监测因子,既可用于评估工业区排放影响,又可用于评估对光化学污染的贡献量,可作为光化学污染监控网络中源排放监测的VOCs监测因子。     

云贵高原昆明站点不同气溶胶污染个例下气溶胶特征对比研究

利用地基CE-318太阳光度计反演数据、中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）、云-气溶胶激光雷达、红外路径探测卫星（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation,CALIPSO）遥感产品及拉格朗日混合单粒子轨迹模型（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model,HYSPLIT）,研究了中国西南云贵高原昆明站点混合型气溶胶日（2012年3月31日）、生物质燃烧气溶胶日（2012年4月4日）、城市工业气溶胶污染日（2013年8月15日）中气溶胶光学特性、辐射特性的差异及气溶胶三维分布和可能来源.结果表明,相比于其它两种类型气溶胶污染日,生物质燃烧气溶胶污染日气溶胶光学厚度（AOD）最高,达到1.18;吸收波长指数（AAE）值最大,为1.61;消光波长指数（EAE）值最大,为1.55,细模态气溶胶粒子占比更多,细模态体积浓度峰值达到0.15 μm³·μm^-2;生物质燃烧气溶胶污染日气溶胶直接辐射强迫（ARF）绝对值均为3个污染日中最高（地表ARF为-149 W·m^-2,大气顶ARF为-40 W·m^-2,大气ARF为109 W·m^-2）,气溶胶对地表的降温效应达到最大,对大气的加热作用最明显.气溶胶直接辐射强迫效率（ARFE）结果显示,生物质燃烧气溶胶相比于城市工业气溶胶对大气顶的降温作用较小,对大气的加热作用更强.气溶胶混合污染日后向轨迹来源于当日有大量生物质燃烧的中南半岛区域和以城市工业气溶胶为主的中国华南及四川盆地区域,生物质燃烧污染日气流则来自中南半岛地区,上述地区同时也为MODIS AOD高值区;城市工业污染日的气流来自位于昆明局地和四川盆地的AOD高值区.气溶胶混合污染日昆明站点附近气溶胶主要位于海拔2300 m（来源于东北部的城市工业气溶胶）和4600 m（来自缅甸的生物质燃烧气溶胶）高度处;生物质燃烧污染日气溶胶浓度随高度增加而降低,3000、3500、4100 m 3个主要峰值高度处的气溶胶都来至于缅甸地区;城市工业气溶胶污染日峰值高度处气溶胶主要来自局地东北部区域,且气溶胶浓度随高度增加先增加后减小.     

北京市大气光化学氧化剂污染研究

根据在北京市开展的光化学氧化剂系列研究,讨论北京市主要光化学氧化剂O₃,H₂O₂和有机过氧化物的污染浓度水平及其污染特征,探讨光化学氧化剂的形成机制及其主要影响因素。结果表明,北京市存在严重的光化学氧化剂污染,中关村大气臭氧(0₃)最大浓度不仅逐年递增,而O₃最大值的出现时间也提前,说明大气光化学活性逐年增强。光化学烟雾的重要产物过氧化氢(H₂O₂)和甲基过氧化氢(MHP)的浓度水平较高,最大浓度分别为3.69和3.26ug/m3。日益严重的大气NO_x污染为光化学氧化剂的生成提供了充足的前体物,北京市的大气污染己逐渐转为机动车尾气污染型,控制北京市光化学氧化剂污染的有效途径是降低NO_x排放。      

北京市大气光化学氧化剂污染研究

根据在北京市开展的光化学氧化剂系列研究，讨论北京市主要光化学氧化剂Ｏ３ ，Ｈ２ Ｏ２ 和有机过氧化物的污染浓度水平及其污染特征，探讨光化学氧化剂的形成机制及其主要影响因素。结果表明，北京市存在严重的光化学氧化剂污染，中关村大气臭氧（Ｏ３） 最大浓度不仅逐年递增，而且Ｏ３ 最大值的出现时间也提前，说明大气光化学活性逐年增强。光化学烟雾的重要产物过氧化氢（ Ｈ２ Ｏ２） 和甲基过氧化氢（ ＭＨＰ） 的浓度水平较高，最大浓度分别为３－６９ 和３－２６ μｇ／ｍ ３ 。日益严重的大气ＮＯｘ 污染为光化学氧化剂的生成提供了充足的前体物，北京市的大气污染已逐渐转为机动车尾气污染型，控制北京市光化学氧化剂污染的有效途径是降低ＮＯｘ 排放     

天然源排放碳氢化合物对广州地区光化学污染的影响

运用二维网格模式模拟天然源排放碳氢化合物对广州地区光化学污染的影响．结果表明,天然源排放碳氢化合物的减少直接引起臭氧浓度的减少．当天然源碳氢化合物排放量为零,臭氧平均浓度将减少51.0％;当人为源碳氢化合物排放量为零,臭氧平均浓度将减少34.4％．尽管模拟区内天然源碳氢化合物所占比例（45.7％）比人为源所占比例（54.3％）略小,但天然源碳氢化合物对臭氧浓度的影响却比人为源大．在广州地区东北部,天然源碳氢化合物对臭氧浓度起主要作用;在广州地区南部,人为源碳氢化合物对臭氧浓度起主要作用     

北京市郊区夏季臭氧重污染特征及生成效率

为研究北京郊区夏季O₃(臭氧)重污染过程特征及O₃生成的光化学敏感性,基于2016年夏季在北京郊区开展的针对O₃及其相关污染物的强化观测试验(7月23日—8月31日,共计40 d),分析了观测期间O₃浓度[以φ(O₃)计]变化特征、O₃重污染过程主控因素与O₃敏感性化学特征.结果表明:观测期间φ(O₃)超标时有发生,最大小时φ(O₃)为151.1×10-9,其中有15 d的φ(O₃)最大8 h滑动平均值(O₃-max-8h)超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值,占观测天数的37.5%;不同O₃重污染过程成因有所不同,城市烟羽传输的污染物对郊区O₃重污染过程影响显著(观测期间臭氧重污染过程:过程1,7月27—29日;过程3,8月9—11日;过程4,8月16日;过程5,8月21—24日),区域光化学污染对郊区O₃重污染过程也有贡献(观测期间O₃重污染过程2:8月4—6日);结合后向气流轨迹进一步辅助说明了不同重污染过程中O₃的来源不同.研究还发现,观测区域存在反“周末效应”现象,说明观测区域周末受人为影响较为明显;基于观测数据计算的OPE(O₃生成效率)分析了O₃光化学敏感性表明,在有OPE值的22 d内NO_x控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等,即观测区域O₃对NO_x和VOCs均敏感;此外还发现,在O₃重污染过程中光化学敏感性会随其反应进程发生改变,由NO_x控制区逐渐转变为VOCs控制区.      

城市光化学污染自动监测技术综述

综述城市光化学污染的危害以及对其监测的必要性,介绍欧美国家和我国光化学污染监测的发展历程,并根据目前自动监测发展水平探讨光化学污染监测较为前沿的技术和手段,提出组建区域监测网络的建议。     

上海市光化学污染气象指标的研究

利用１９９０－１９９４年地面Ｏ３浓度观测和有关资料，进行统计处理后，通过深入详细的对比分析，确立了上海市高浓度Ｏ３日或光化学污染的１２个气象指标，引入权重概念表示各个气象指标对出现高浓度Ｏ３日的重要性次序：高压天气、ｆ〈６０％，ＮＬ〈２．５／１０、Ｎｓ〈６．０／１０，其次是ｔｓ≥７ｈ。     

上海市浦东城区二次气溶胶生成的估算

利用2010年5～10月不同日最高O3小时浓度(O3,max)下PM10浓度变化评估不同O3浓度水平下二次气溶胶生成量.CO作为一次颗粒物的标志物,O3作为光化学反应水平的指示物种.结果表明不同光化学水平条件下,PM10中一次与二次气溶胶浓度及比例存在较大差异.随着光化学水平的增加,PM10中一次气溶胶排放浓度增长不大(0.036～0.044 mg.m-3),二次气溶胶的生成量却呈数倍增长(0.018～0.055 mg.m-3);二次与一次气溶胶浓度的比例也从49.8%增加到124.5%.O3,max出现的时间也随着光化学水平的增强由13:00推迟到14:00,二次气溶胶生成的主要时段也从11:00～20:00增加到09:00～20:00;此外,PM2.5中主要组分SO24-、NO3-、OC等比例随着光化学水平(即O3,max浓度)的不同而存在一定差异,当O3,max<0.10 mg.m-3时,PM2.5主要由12.0%有机碳(OC)、18.7%硫酸盐、13.1%硝酸盐和4.5%元素碳(EC)组成,而O3,max>0.20mg.m-3时,PM2.5主要由20.0%有机碳(OC)、22.9%硫酸盐、23.1%硝酸盐和4.7%元素碳(EC)组成.说明SO24-、NO3-、OC受光化学水平影响较大.     

秦皇岛市区大气臭氧生成过程及前体物敏感性研究

O₃生成速率与前体物VOCs和NO_x之间的非线性关系,决定了明确当地的光化学属性是制定有效臭氧污染控制策略的重要前提.为掌握秦皇岛市O₃污染状况,探究秦皇岛市区O₃生成过程且明确秦皇岛市区臭氧生成与其前体物的敏感性关系,本研究对2015—2019年O₃污染状况进行了统计分析,并于2019年5月和9月分别选取天气晴朗的3 d对O₃生成过程及影响O₃生成的因子间的相互关系进行了研究,应用VOCs的OH消耗速率（L_OH）和臭氧生成潜势（OFP）评估了VOCs对O₃生成的贡献,并利用基于观测的箱化学模型对观测日期的O₃生成与前体物关系进行了敏感性计算.研究发现,秦皇岛市O₃污染天数自2015年后显著增加,2015—2019年间O₃月均浓度最大值发生在夏季6月份左右.5月和9月加强观测期间O₃日变化明显,呈单峰型,高值出现在12：00—18：00,大部分观测期间O₃浓度峰值与温度峰值同时出现.加强观测期间日O₃浓度最大值出现在5月24日为277 μg·m^-3.两个月份各类别VOCs浓度排序均为烷烃>炔烃>烯烃>芳烃.VOCs各类别中烯烃的OH自由基反应活性总量最大,烷烃和烯烃的臭氧生成潜势相当,其对O₃生成的贡献均较大.基于观测限制的箱模型对O₃生成的前体物敏感性计算表明,观测期间秦皇岛市区处于VOCs控制区,且O₃生成对烯烃的变化最为敏感.     

上海不同污染等级下气溶胶光学特性垂直分布特征

气溶胶光学特性是可吸入颗粒物的重要表征指标之一,而针对不同空气污染等级的气溶胶光学特性的垂直分布特征当前研究较少.本文利用上海地区(30°E,120°N~33°E,123°N)2006年6月至2011年12月的星载云-气溶胶激光雷达(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIOPSO)资料分析不同季节气溶胶光学特性垂直分布的基础上,深入探讨了不同空气污染等级下的气溶胶垂直(0~6km)分布特征.结果表明:上海地区气溶胶粒子多聚集在0~2 km的高度上且具有明显的季节特征,冬春季节气溶胶粒子后向散射系数集中于0.005以上,颗粒物散射能力较大,其中冬季偏振比范围为0.15~0.25,色比范围为0.57~0.77,主要为不规则的小颗粒;夏季气溶胶粒子的偏振比(0.03~0.09)较小,气溶胶颗粒物较为规则;秋季各种形态的颗粒混合程度较高,其偏振比的范围为0.12~0.23,色比范围为0.58~0.90;不同污染等级下的气溶胶光学特性在垂直分布上具有明显的差异,在重污染时期散射能力大不规则颗粒物增多,垂直差异不明显,污染高度较高;轻度污染以规则颗粒物为主,颗粒物散射能力较小,表现出低层以粗颗粒为主,高层以细颗粒物为主的特征;轻微污染和无污染的气溶胶垂直分布类似,颗粒物散射能力较小.     

上海城郊地区冬季霾污染事件反应性VOCs物种特征

基于大学城站点冬季霾污染时段在线气相色谱连续观测数据,分析了高污染时段VOCs污染特征和不同霾污染情况下VOCs光化学反应活性物种.观测期间共检测到55种VOCs物种(PAMs),735个有效样本,ΣVOCs体积分数范围在25.5×10~(-9)~1 320.3×10~(-9)(avg±SD,240×10~(-9)±181×10~(-9))之间.甲苯和间/对-二甲苯是两个高污染时段的特征污染物,其体积分数超过工业区边界站的体积分数,且高污染时段与工业区站点有相似的组分特征,可能受到附近工业区影响较大.VOCs组分小时变化呈现夜间高白天低的特点,臭氧的小时体积分数变化与之相反.通过分析污染物的光化学反应活性,芳香烃对OFP的贡献率最高,达到70.0%,其次是烯炔烃(16.7%).西北风向的OFP值为2 078.2×10~(-9),是其他风向的4倍,平均MIR值也高于本市其他工业区点位;该地区不同程度霾污染下芳烃均是OFP贡献的主导污染物,其中,甲苯和间/对-二甲苯的贡献率之和超过50%.应用PMF5.0对污染物进行来源解析,得到4个因子,分别为含汽油污染源及机动车尾气排放、石油炼制加工、溶剂使用、有机合成材料制造;其贡献率分别为:33.1%、31.5%、30.5%、4.9%.     

上海市春季臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的估算

利用在线气相色谱-氢火焰离子化(GC-FID)监测系统对上海市市区和郊区的55种挥发性有机物(VOCs,C2~C12)进行了自动连续监测,结合最大臭氧生成潜势量(ΦOFP)和气溶胶生成系数(FAC)对上海市春季市区和郊区的臭氧和二次有机气溶胶(SOA)的生成潜势进行了估算.结果表明上海市春季市区VOCs体积分数为33.9×10-9,烷烃、烯烃和芳香烃的体积分数分别为:14.7×10-9、9.3×10-9和7.7×10-9;郊区VOCs体积分数水平为20.2×10-9,烷烃、烯烃和芳香烃的体积分数分别为:4.3×10-9、1.8×10-9和13.9×10-9;用最大臭氧生成潜势量(ΦOFP)对春季市区和郊区ΦOFP进行评估,结果表明上海市春季市区和郊区VOCs各组分的ΦOFP分别为247.6μg·m-3和422.9μg·m-3,市区VOCs的ΦOFP为郊区的0.58倍;市区烷烃和烯烃的ΦOFP分别为郊区的2.2和2.1倍,而市区芳香烃的ΦOFP却仅为郊区的0.34倍;此外,利用气溶胶生成系数(FAC)对上海市春季市区和郊区SOA的生成量进行估算,结果显示市区和郊区的SOA生成潜势量分别为2.04μg·m-3和4.04μg·m-3,其中市区烷烃和芳香烃的SOA生成量分别占总SOA生成潜势的13.2%和86.8%,郊区烷烃和芳香烃的SOA生成量分别占总SOA生成潜势2.7%和97.3%;说明上海郊区SOA生成潜势量为市区的2倍,SOA生成贡献较大的前体物主要为芳香烃和高碳烷烃.     

济南大气臭氧浓度变化规律

利用近2a济南市区近地面大气O₃浓度的观测数据,分析了O₃浓度的分布特征及时间变化规律.结果表明,济南市区O₃浓度以1a为周期呈明显的波动变化特征,城市光化学污染较重;1d当中O₃浓度呈明显的单峰型变化,一般在午后达到最高值,而日出时分出现最低值;春季和夏季O₃浓度高于秋季和冬季,而夏季和秋季O₃浓度的日内变化幅度明显高于春季和冬季;受人们活动规律的影响,周末O₃浓度的日内变化规律与平日有所不同.     

上海一次典型雾霾过程中不同天气现象的气溶胶光学特性及转化机制

以上海市2013年冬季一次持续雾霾过程为例,根据能见度和相对湿度的地面观测资料将雾霾过程划分为干霾、湿霾、雾3种不同天气现象,对不同天气现象的气溶胶光学特性垂直分布特征进行了研究,并初步分析不同天气现象的转化机制.结果表明,3种不同天气现象的发生顺序为湿霾→干霾→湿霾及湿霾→雾→干霾→湿霾,相对湿度对能见度的影响最大,温度次之,再次是风速,而PM_(2.5)对能见度的影响最小.CALIPSO(Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)探测期间,存在2~3 km明显气溶胶层,且不同天气现象的气溶胶层厚度不同(雾湿霾干霾);雾霾发生期间,1.0 km以下高度气溶胶消光能力最大;在干霾、湿霾到雾的转化过程中,球形、大粒径气溶胶增多,非球形、小粒径气溶胶减少.