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《南京信息工程大学》 2007年
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北京大气臭氧浓度变化特征及其形成机制研究

安俊琳  
【摘要】: 臭氧在全球和区域大气环境变化中扮演着重要角色,它不仅对地-气辐射收支系统产生重要影响,而且作为城市污染大气中的首要污染物,有着显著的环境效应。本研究以北京城区地面观测资料为基础,对大气中臭氧及其相关前体物NOx、CO和VOCs浓度及气象要素的分布特征进行了讨论;分析了臭氧等污染气体的相互关系,就气象要素对污染物浓度影响做了比较;并运用模型对光化学污染过程展开研究,主要研究内容如下: (1)北京市大气中O_3浓度较高,并呈季节性波动,大气光化学污染以夏季最为严重。受太阳紫外辐射和城市交通的影响,城市大气中O_3和OX(O_3+NO_2)浓度在午后15:00左右出现峰值,NOx呈双峰态日变化,在07:00和23:00左右出现峰值。NO_2的光解速率夏季最大,在正午前后出现目最大值。NOx浓度存在100×10~(-9)(体积分数)的“分界点”,NOx低浓度时以NO_2为主,NOx高浓度时NO占大部分。OX区域贡献和局地贡献存在明显的季节变化,前者主要受区域背景O_3的影响,在春季最大,后者主要受局地NOx光化学反应的制约,在夏季最强,同时OX组分呈现显著的昼夜差异。受城市车流量的变化,周末NOx浓度高于工作日,O_3浓度周末与工作日白天差异较小,而夜晚O_3浓度工作日高于周末。 (2)北京地区大气臭氧总量平均为329DU,并呈冬春季较高,夏秋季较低的季节变化规律,到达地面的紫外辐射呈现相反的变化趋势。受城区大气污染的影响,地面处的紫外辐射量大幅减少(最大50%),且在夏季波动较大。云和污染物对紫外辐射的影响要大于总辐射,紫外辐射衰减约为总辐射衰减的2倍。城市低层大气中O_3和NOx浓度的增加是造成紫外辐射衰减的重要原因,午后O_3浓度与紫外辐射衰减相关系数为0.70。O_3浓度变化与与温度,风速成正相关,与相对湿度成反相关,且存在季节变化,夏季与温度相关性较高,冬季与风速相关性较高。受上游污染源的影响,当北京盛行东南、偏南和偏西气流时,容易造成高O_3浓度。夏季O_3浓度主要受局地光化学反应控制,可以利用常规气象要素对O_3浓度趋势预测。北京大气中CO浓度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浓度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浓度是偏西气流的2.3倍。 (3)北京大气中光化学反应程度夏季最高,平均为0.25。光化学反应程度呈单峰型日变化曲线,在午后15:00出现峰值。在自由基和氮氧化物作用下,O_3超标目光化学反应程度平均增加率为空气优良日的5.3倍。大气中NMHCs浓度中苯乙烯浓度最高(按丙烯等量浓度计),AHC丙烯等量浓度占NMHCs的大部分,而AHC中以R-AROM组分最高。臭氧产生效率平均为4.0,OX产生率随着NOx浓度的增加而递增,平均产生率为(12.5±8.3)×10~(-9)h~(-1)。大气中O_3净产生率在正午12:00最大,并以HO_2+NO和XO_2+NO光化学生成反应为主。北京大气中O_3浓度主要受VOCs浓度的控制,其中以人为源排放的活性芳香烃类化合物和烯烃类对大气中O_3产生的贡献最大。对排放此类化合物的人为活动,如建筑涂料、石油精炼、机动车尾气以及油品挥发性的控制改善,将对降低北京光化学污染程度起到关键作用。此外城市绿化植被品种的科学选择,对减缓城市光化学污染也具有一定程度的帮助。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P421.33

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【引证文献】
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