北京奥运时段VOCs浓度变化、臭氧产生潜势及来源分析研究

挥发性有机物(VOCs)是大气中光化学污染臭氧(O3)的重要前体物,其在大气中的浓度水平往往直接影响着臭氧的污染水平.以2008年夏季北京大气中VOCs浓度观测资料为基础,分析了VOCs浓度和组分随时间的变化特征,比较了各组分对臭氧产生的影响潜势,并利用主成分分析法研究了VOCs主要来源.结果表明,北京大气总VOCs在上午和下午的浓度分别是34.38×10-9(体积分数)和27.13×10-9(体积分数),组分中以烷烃最高,芳烃次之,烯烃最低,下午大气中VOCs浓度显著低于上午,烯烃、芳烃和烷烃依次下降28%、26%和15%;其中1,2,4-三甲苯等效丙烯浓度最高(8.05×10-9C),其次为间对二甲苯(6.97×10-9C)、甲苯(6.41×10-9C)和1,3,5-三甲苯(5.64×10-9C);芳烃对大气O3生成贡献最大(47%),其次是烯烃(40%),烷烃最低(13%).北京大气中VOCs主要来源于机动车(28%)、溶剂挥发(19%)、液化气泄漏(15%)和工业排放(12%).为遏制近年来夏季O污染加重趋势,北京应大力减少VOCs排放,特别是芳香烃的排放量.     

北京大气中SO2、NOx、CO和O3体积分数变化分析

为了探讨北京市大气污染物的污染水平和变化特征,2004年8月—2005年7月对北京大气中SO2、NOx、O3和CO体积分数进行了连续观测,并对比分析不同季节的变化特征。结果表明,SO2体积分数呈双峰曲线日变化,在08:00和23:00出现峰值。SO2采暖季日振幅明显高于非采暖季日振幅,采暖季SO2体积分数要比非采暖季高出3倍以上。NOx、CO体积分数在早晨07:00和傍晚20:00左右出现峰值,NOx体积分数最大值可达130×10-9,而CO体积分数最大值可达3300×10-9。NO有明显的日变化和季节变化,而NO2白天夜晚都维持在同一水平,且季节变化也不大。O3体积分数夏季远远高于冬季,日变化均呈单峰型分布,午后14:00—15:00出现峰值。     

南京北郊夏季大气光化学污染特征研究

为了研究南京夏季光化学污染特征,于2013-05-18~2015-08-31连续观测了臭氧及其前体物的浓度及气象要素。结果表明:臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)平均体积分数分别为(32.01±15.20)×10-9、(21.50±14.02)×10-9、(33.16±25.20)×10-9,一氧化碳(CO)为(0.66±0.44)×10-6;O3体积分数小时均值最大值可达146.42×10-9;O3超过国家环境空气质量标准14.1%;有11 d出现霾现象,占整个观测时段的11.1%。观测点受周边源排放影响较大。在风速为2~3 m/s的西南风作用下,VOCs中的活性物种体积分数较高,O3体积分数易累积出现高值;偏东风主导下主要来自周围工业源和交通源排放的NOx、CO和VOCs等体积浓度易出现高值。臭氧产生效率(OPE)值比较低约为2.17±0.12。     

南京北郊霾天气溶胶化学组分粒径分布特征

为研究南京霾天气中大气气溶胶化学成分及其粒径分布的特征,使用β射线测尘仪、安德森9级撞击式采样器、离子色谱分析仪和热光碳分析仪对南京冬、春季节的颗粒物进行了采样分析.结果表明,霾日中3种主要二次离子SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺在细粒径段中占比最高（77.4%）,霾日中除F^-和Cl^-外其余离子均呈三峰型分布,工业排放、生物质燃烧与二次反应是粗、细粒径段中水溶性离子最重要来源.OC、EC均主要富集于细粒子中,PM_2.1~10中OC与EC相关性较好（R²=0.76）,说明存在共同来源.通过OC/EC特征物比值的方法得到霾日期间碳质颗粒物的来源为机动车尾气排放、燃煤和生物质燃烧.     

主成分和回归分析方法在大气臭氧预报的应用——以北京夏季为例

利用北京市区两个典型观测站的大气臭氧(O3)及前体物浓度观测资料和气象要素观测数据,分析了影响大气O3浓度各要素的相关性,并采用主成分分析和逐步回归方法构造大气O3浓度统计预报方程.结果表明,大气O3与前体物一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和气象要素呈现较好相关性;发现由于变量间共线性问题,逐步回归方法不能给出可接受的回归方程,而采用主成分分析和逐步回归方法相结合,可避免共线性问题,由前体物浓度和气象要素给出较好的北京大气O3浓度统计预报方程,可决系数R2分别为0.78(IAPs2007)、0.88(IRSAs2007)和0.64(IAPs2005),能够有效地预报O3浓度的变化情况.     

北京大气中CO体积分数与风速关系

CO是城市大气中一种重要的污染物,在城市的光化学反应中扮演着重要的角色.以2004-08-2005-07期间北京中科院大气物理研究所连续观测的CO体积分数和风速数据为基础,研究了北京市大气中CO体积分数与风速的分布特征.结果表明,北京大气中CO体积分数受排放源和大气扩散能力的影响呈现冬季高,夏季低的季节变化特征.白天8 h (09:00-16:00) CO体积分数与风速分布频率存在负的统计相关性,相关系数r=0.93,K值为3.5±0.5.受观测点地理位置和周边道路机动车分布的影响,偏东气流控制时的CO体积分数是偏西气流的2.3倍.     

北京近地层O3、NOx、CO及相关气象因子的分析

利用2004年9月--2005年7月北京市区近地层O3、NOx、CO和气象要素的连续观测资料,分析了近地层O3及其前体物体积分数的分布特征和日变化特征,同时采用非参数统计方法分析了近地层O3及其前体物体积分数的季节变化特征及局地气象要素对它们的影响.结果表明,CO和NO2的体积分数近似于Lorentz分布;O3、NO和NOx的体积分数满足指数分布.O3体积分数的日变化呈单峰型结构,午后15:00左右出现峰值,凌晨7:00左右出现最低值;而其前体物NOx和CO体积分数的日变化呈双峰型结构,早上7:00左右出现第一次峰值.午后15:00左右达到最低值,凌晨0:00左右出现第二次峰值;NO2第一次峰值的出现时间滞后于NO和CO;此外,NO2的最低体积分数晚上与白天几乎相当.O2体积分数的季节变化表现为夏季高,冬季低;与其相反,NO、NO2、NOx和CO几乎均表现为冬季高,夏季低.相对湿度、温度、风速与O3及其前体物的体积分数均具有显著的相关性.风速大于4.0 m/s时,O3的平均体积分数仍然增大.     

一次光化学污染过程中O3和NOx的垂直梯度观测研究

为了研究2008年北京奥运会前期污染物浓度变化特征,对北京气象塔3层高度上的大气污染物（NO2和O3）进行加强观测,分析其变化特征。观测结果表明,由于北京奥运会前期采取了严格的空气质量控制措施,NO2浓度相对车辆限行前下降了45.3%,且随着高度递增逐渐降低;O3浓度最大值和日均值有所降低,其最大值出现时间较10年前提前了12 h,且有4 h左右处于相对平稳状态。O3浓度峰值主要是受NO2的控制,O3浓度峰值出现时间提前反映出北京大气氧化效率不断提高。对于观测期间出现光化学污染事件,利用同期气象资料和大气污染监测数据分析,发现造成这次大气污染的主要原因是气象因子：地面多处于弱高压场控制中,大气层结稳定,风力较弱（小于2 m/s）,并伴随着连续高温、强辐射和低湿。     

一次光化学污染过程中O_3和NOx的垂直梯度观测研究

为了研究2008年北京奥运会前期污染物浓度变化特征,对北京气象塔3层高度上的大气污染物(NO2和O3)进行加强观测,分析其变化特征。观测结果表明,由于北京奥运会前期采取了严格的空气质量控制措施,NO2浓度相对车辆限行前下降了45.3%,且随着高度递增逐渐降低;O3浓度最大值和日均值有所降低,其最大值出现时间较10年前提前了1~2 h,且有4 h左右处于相对平稳状态。O3浓度峰值主要是受NO2的控制,O3浓度峰值出现时间提前反映出北京大气氧化效率不断提高。对于观测期间出现光化学污染事件,利用同期气象资料和大气污染监测数据分析,发现造成这次大气污染的主要原因是气象因子:地面多处于弱高压场控制中,大气层结稳定,风力较弱(小于2 m/s),并伴随着连续高温、强辐射和低湿。     

南京北郊夏季大气颗粒物中有机碳和元素碳的污染特征

采用DRI Model 2001A热/光碳分析仪对2013年5~7月期间南京北郊大气气溶胶9级惯性撞击式分级Andersen采样器膜采样样品中有机碳(OC)和元素碳(EC)的质量浓度进行了分析.结果表明,南京北郊夏季EC、OC的平均浓度,在PM2.1(空气动力学直径≤2.1μm)中分别为(2.6±1.1)μg·m-3、(13.0±5.2)μg·m-3,在PM9.0(空气动力学直径≤9.0μm)中,分别为(3.4±1.7)μg·m-3、(20.3±7.3)μg·m-3.EC主要富集在超细颗粒物中,OC主要存在于细颗粒物中,EC的PM1.1/PM9.0比值和OC的PM2.1/PM9.0比值分别为0.62和0.64.EC和OC浓度的平均最高值都出现在≤0.43μm粒径段中,分别占PM9.0中的总元素碳的33.4%和总有机碳的21.1%.南京北郊夏季PM1.1、PM2.1和PM9.0中EC、OC的相关性较好,说明存在共同的一次污染源.通过OC/EC特征物比值的方法得到南京夏季碳质颗粒物的主要来源有机动车尾气排放、燃煤排放和地面扬尘排放.