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《中国环境科学研究院》 2017年
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北京北郊夏季臭氧及其前体物污染特征及影响因素研究

奇奕轩  
【摘要】:我国工业化和城市化进程的不断加快导致大量污染物排放到空气中。以臭氧(ozone)为特征污染物的光化学污染问题日益凸显。作为一种反应性极高的气体,臭氧对人体健康、生态环境、气候变化都有不利影响。许多研究表明我国大气氧化性不断加强,臭氧污染区域性特征明显。臭氧与其前体物之间复杂的非线性关系给研究臭氧的形成机制和污染防治都带来了极大的困难。为探究北京郊区夏季臭氧变化规律、光化学污染的影响因素及前体物VOCs对臭氧生成的贡献,本研究于2016年夏季在北京北郊怀柔对气象要素、臭氧及其前体物VOCs开展了为期40天的同步外场观测。本文采用综合分析方法对观测资料进行详细分析。主要研究结果如下:(1)利用统计分析方法对观测期间臭氧浓度进行分析,结果表明,北京郊区夏季易发生臭氧超标现象,观测期间30%的天数臭氧小时浓度超标,日均臭氧浓度超标也占观测天数的37.5%。臭氧每日最大值出现在16:00,与北京其他站点峰值出现时间相近。观测区域周末车流量的增大导致臭氧浓度出现了反"周末效应"现象。使用TH_PKU-300挥发性有机物快速在线监测仪器,测得99种VOCs。观测期间VOCs的小时平均浓度为18.25×10-9,其中NMHCs占53%;OVOC占比为28%。NMHCs中烷烃占比为73%、烯烃为13%、芳香烃为14%。VOCs日变化特征表明,烷烃、芳香烃日间浓度较低,烯烃日夜差异不明显,这是由于日间植物排放和光化学反应的共同作用,醛酮日间浓度较高。(2)为探讨气象因素和无机气态前体物对臭氧浓度的影响,着重分析了臭氧重污染过程中臭氧浓度的变化规律,并采用后向气流轨迹对重污染期间的气团来源进行分析。结果表明不同臭氧重污染过程具体成因有所不同,观测区域受城市烟羽传输和区域光化学污染影响。结合多站点数据分析发现典型日臭氧在东南方向上传输特征明显。受气象条件影响,观测区域还出现夜间臭氧高浓度现象。用间,对二甲苯/乙苯的比值表示气团光化学年龄,分析臭氧与气团光化学年龄的关系,结果表明随着气团光化学年龄的增加,臭氧浓度越大。(3)本研究基于观测数据,对臭氧敏感性进行分析。根据VOCs/NOx对观测区域臭氧光化学敏感性进行初步判别,VOCs/NOx和臭氧的关系在臭氧重污染日与非臭氧重污染日表现有所不同,并且VOCs/NOx表征的是清晨光化学敏感性。利用臭氧生成效率(OPE)的方法,获得22d的有效OPE值,期间NOx控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等。OPE对臭氧重污染过程期间的敏感性判别效果较好,在臭氧重污染过程中其光化学敏感性会随光化学反应的进程而发生改变,由NOx控制区逐渐转变为VOCs控制区。(4)采用LOH和OFP两种方法对VOCs的反应活性进行了探究,LoH中烯烃占比最大,OFP中占比最大的为芳香烃。根据气团光化学年龄对日间VOCs(除异戊二烯)的化学损耗量进行估算,损耗量与实际大气浓度比为1:7。利用异戊二烯的产物浓度计算了其化学损耗量为0.54×10-9,与其他VOCs物种损耗量相比异戊二烯的化学损耗较大。通过特征比值法初步判断出观测区域离排放源较远,并且相对于交通源来说工业源的影响较小。利用碳优势指数分析正构烷烃的来源,表明人为源对其影响较大。通过PMF模型解析出5个源贡献因子,分别为植物源、生物质燃烧、石油化工源、机动车排放、溶剂挥发,占比分别为12.73%,18.96%,16.07%,38.63%,13.6%。在臭氧重污染日机动车排放和溶剂挥发源贡献增大。
【学位授予单位】:中国环境科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X515

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【参考文献】
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