北京地区大气有机物对臭氧生成的影响研究

【摘要】：根据北京地区主要大气环流形式和大气污染源分布状况，沿北京地区污染物主要输送路径布置监测站点，于2007年6～9月开展了一次相对系统的北京地区臭氧光化学外场强化观测试验。以该试验的观测资料为基础，通过数据分析、光化学箱模式模拟、三维气象化学模式模拟以及排放清单估算等方法，采用递进式的研究方式（总VOCs—分类VOCs—物种化VOCs）逐步细致的开展了北京地区大气VOCs反应活性及其对O_3生成的影响研究，建立了北京地区物种化VOCs排放清单并初步应用。得到主要结论如下：①通过对地面实测资料的分析揭示了北京城、郊O_3及其前体物浓度的分布状况，结果显示：烷烃在北京城、郊大气总VOCs中占有绝大部分浓度比例，其余物种依次为芳香烃、烯烃及生物VOCs；城郊对比结果表明，城区站各类VOCs物种环境浓度均高于本底站，但本底地区生物VOCs物种在总VOCs中的比例较城市地区偏高；②利用光化学箱模式，模拟采用输入实测资料的约束计算方式，估算了O_3化学生成过程的关键参量O_3生成速率G(O_3)和O_3生成效率OPE，并研究了OPE与NOx浓度变化的关系，分析结果表明：北京城市地区O_3生成受VOCs控制，区域本底地区O_3生成受VOCs及NOx的交替控制；③在箱模式定性研究结果的基础上，进一步利用三维区域化学输送模式WRF-Chem，对北京地区典型区域光化学污染过程进行了模拟研究，模拟结果进一步验证了O_3生成受VOCs控制的结论，显示北京地区地面O_3的生成主要受烯烃类VOCs排放的影响；④估算环境浓度VOCs物种的OH自由基消耗速率(LiOH)及O_3生成潜势(OFP)，结果显示对北京地区OH自由基消耗的主要环境VOCs组分是烯烃类物质，对O_3生成潜势贡献最高的环境VOCs组分是芳香烃类物质；综合LiOH及OFP值评价，识别影响北京地区O_3生成的关键环境VOCs反应活性物种为二甲苯、甲苯、三甲基苯、丙烯、异戊二烯以及丁烯类物质；⑤进一步利用VOCs物种排放量估算各物种的O_3生成潜势，研究结果显示：烯烃类VOCs物种对北京地区总OFP的贡献率最高；对北京地区O_3生成潜势贡献最大的前10个VOCs物种依次为乙烯、间/对-二甲苯、甲苯、1-丁烯、异戊烷、反-2-丁烯、丙烯、顺-2-丁烯、邻-二甲苯和乙炔，这10个物种的累计排放量占VOCs排放总量的60%左右，但对总OFP值的贡献率接近80%；北京城区是VOCs排放的重点区域，同时也是O_3生成潜势最大的区域；降低交通排放、溶剂挥发及油品挥发排放是降低北京地区VOCs排放、控制O_3生成的有效途径；⑥针对北京城、郊O_3形成过程的对比研究表明，城市地区O_3的形成主要源于人为源排放引发的局地光化学生成过程，而生物源排放及污染物的远距离传输在本底地区OH自由基消耗及O_3形成过程中起到十分重要的作用。