前體物與氣象因子對(duì)珠江三角洲臭氧污染的影響

劉 建,吳 兌,2,3,*,范紹佳*,廖志恒,鄧 濤(.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 50275；2.暨南大學(xué)大氣環(huán)境安全與污染控制研究所,廣東 廣州 50632；3.暨南大學(xué)廣東省大氣污染在線源解析系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,廣東 廣州 50632；.中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所,廣東 廣州 50080)

前體物與氣象因子對(duì)珠江三角洲臭氧污染的影響

劉 建1,吳 兌1,2,3,4*,范紹佳1*,廖志恒1,鄧 濤4(1.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 510275；2.暨南大學(xué)大氣環(huán)境安全與污染控制研究所,廣東 廣州 510632；3.暨南大學(xué)廣東省大氣污染在線源解析系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,廣東 廣州 510632；4.中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所,廣東 廣州 510080)

利用2012年中國(guó)氣象局廣州番禺大氣成分站的O3、NOx逐時(shí)濃度數(shù)據(jù),廣州觀象臺(tái)逐時(shí)的溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析了2012年 O3前體物(NOx)以及氣象因子對(duì)珠江三角洲(以下簡(jiǎn)稱(chēng)珠三角)地區(qū)臭氧濃度的影響.研究發(fā)現(xiàn):O3和NOx均表現(xiàn)出單峰結(jié)構(gòu)的月變化特征,且分別于10月和3月達(dá)到峰值,為(104.9±68.0)μg/m3,(131.1±122.1)μg/m3.O3的日變化為單峰分布,午后的濃度較高,而NOx濃度于早晚高峰有增加,且夜間濃度高于白天.NOx對(duì)O3有顯著的滴定作用,O3濃度隨著NOx濃度的增加呈現(xiàn)指數(shù)形式下降.高溫低濕條件有利于O3的形成.與NOx類(lèi)似,O3濃度隨著溫度和相對(duì)濕度的增大以指數(shù)形式相應(yīng)的增大和減小.當(dāng)珠三角地區(qū)受偏西風(fēng)控制時(shí),下風(fēng)向地區(qū)的O3濃度最高,而當(dāng)珠三角地區(qū)盛行偏北風(fēng)時(shí),下風(fēng)向地區(qū)的O3濃度最低,且該方向所對(duì)應(yīng)的NOx濃度最高,表明廣州城區(qū)的NOx對(duì)O3的滴定作用顯著.珠三角地區(qū)發(fā)生光化學(xué)污染的關(guān)鍵性因子主要為20～40μg/m3的NOx濃度,高于27°C的氣溫,低于55%的相對(duì)濕度以及受偏西風(fēng)控制.分析發(fā)現(xiàn)10月份O3的形成主要受VOCs控制,且烯烴的O3生成潛勢(shì)貢獻(xiàn)最大,為69%,而烷烴和芳香烴的貢獻(xiàn)分別為15%、16%.

臭氧；氮氧化物；揮發(fā)性有機(jī)物；氣象因子；珠江三角洲

臭氧(O3)作為大氣中的痕量氣體,主要存在于大氣平流層中,其能有效地吸收太陽(yáng)的紫外輻射,保護(hù)地表的生物活動(dòng).近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,以O(shè)3污染為代表的光化學(xué)污染日趨嚴(yán)重.對(duì)流層中較高濃度的O3對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境均有重要影響[1].由于O3的不可見(jiàn)性,其污染往往被公眾所忽視,從而導(dǎo)致其能在無(wú)形中對(duì)人體健康造成危害.對(duì)流層中的O3主要由前體物,如NOx、CO以及揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等,在一定的氣象條件下通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成,且NOx、CO以及VOCs等對(duì)O3的生成具有不同的作用[2-8].O3污染除了受前體物的影響,氣象要素、天氣系統(tǒng)對(duì)其也有重要影響[3,9-14].高壓后部、地面倒槽和鋒前暖區(qū)等強(qiáng)暖性、且非常不利于污染物擴(kuò)散的天氣型易造成臭氧濃度超標(biāo)[15];臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流不利于污染物擴(kuò)散,導(dǎo)致平流層中的O3通過(guò)下沉氣流進(jìn)入對(duì)流層,導(dǎo)致 O3污染的形成[16];同時(shí)地形,如高海拔地形作用下的下沉氣流,亦能使平流層的O3影響到地面的O3濃度[17].風(fēng)場(chǎng)不僅直接輸送 O3,其所攜帶的 O3前體物也會(huì)影響局地O3污染[18-19].珠三角地區(qū)作為中國(guó)城市化水平最高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快、經(jīng)濟(jì)總量最大的地區(qū)之一,經(jīng)過(guò)多年的努力,以細(xì)顆粒物污染為代表的霾天氣得到了有效的控制[20],光化學(xué)污染卻日趨明顯[21].

目前,大多數(shù)O3污染研究集中在短時(shí)間尺度的定性研究,本研究利用2012年廣州番禺大氣成分站的O3、NOx、VOCs(10月)逐時(shí)數(shù)據(jù)以及廣州觀象臺(tái)的氣象數(shù)據(jù)(溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)場(chǎng)),研究前體物和氣象因子對(duì)珠三角地區(qū)O3污染的影響,定量給出珠三角地區(qū)發(fā)生光化學(xué)污染的關(guān)鍵因子,為后期的光化學(xué)污染預(yù)報(bào)等提供一定的理論支撐.

1 數(shù)據(jù)與方法

本文使用的數(shù)據(jù)為2012年中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所番禺大氣成分觀測(cè)站的O3、NOx(NO+NO2)、VOCs(10月)逐時(shí)濃度數(shù)據(jù),廣州觀象臺(tái)逐時(shí)的溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù),基于回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法研究分析了臭氧前體物和氣象因子對(duì)珠三角臭氧污染的影響.其中廣州番禺大氣成分站(簡(jiǎn)稱(chēng)南村站,113°21′E, 22°32′N(xiāo))位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)大鎮(zhèn)崗山上,海拔高度約為 140m,位于珠三角腹地,遠(yuǎn)離廣州市區(qū),周邊無(wú)明顯的工業(yè)污染源和生活污染源,其污染特征能代表整個(gè)珠三角邊界層內(nèi)大氣混合的平均污染特征.

O3、NOx分別由澳大利亞 Ecotech公司生產(chǎn)的臭氧分析儀(EC9810B)、NOx分析儀(EC9841B) 監(jiān)測(cè)獲得.EC9810B臭氧分析儀是一臺(tái)紫外光度計(jì),檢測(cè)原理為紫外吸收法,測(cè)量時(shí)使用單個(gè)玻璃測(cè)量池體,并利用比爾—朗伯定律計(jì)算出臭氧濃度.EC9841B型氮氧化物分析儀由計(jì)算機(jī)控制,采用化學(xué)發(fā)光法測(cè)量.量程范圍 0～50×10?9到 0～20×10?6,最低檢測(cè)限為0.4×10?9. VOC的在線監(jiān)測(cè)儀器為 AMA 的GC5000系統(tǒng),包括 GC5000VOC分析色譜和GC5000BTX分析色譜,其中GC5000VOC分析色譜使用 2級(jí)富集,色譜柱(Al2O3/Na2SO4plot柱、CARBOWAX反吹柱)進(jìn)行分離,分析C2～C6有機(jī)物種,而GC5000BTX分析色譜則使用單級(jí)富集,色譜柱(DB-1柱)進(jìn)行分離,分析 C6～C12有機(jī)物種,具體參見(jiàn)鄒宇等的研究[22].根據(jù)我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,本研究將 O3逐時(shí)濃度超過(guò)160.0μg/m3定義為一超標(biāo)時(shí)次,而超標(biāo)時(shí)次與總時(shí)次的比值為O3超標(biāo)率.

圖1 O3、NOx的月變化與日變化Fig.1 Monthly and diurnal variations of O3and NOx

2 結(jié)果與討論

2.1 O3與NOx的污染狀況

如圖1所示O3和NOx的月變化均表現(xiàn)出明顯的單峰結(jié)構(gòu).對(duì)于O3,其于5～10月的濃度相對(duì)較高,均高于 50.0μg/m3,10月的濃度最高,為(104.9±68.0)μg/m3;而1～4月,11、12月的O3濃度相對(duì)較低,均低于50.0μg/m3,其中1～3月的O3濃度均低于 30.0μg/m3,最低濃度出現(xiàn)在 1月,僅為(20.7±21.0)μg/m3.主要受輻射強(qiáng)度、溫度等影響,夏半年光化學(xué)反應(yīng)較強(qiáng),同時(shí)夏半年邊界層高度較高,大氣湍流強(qiáng),O3的垂直輸送過(guò)程也明顯,所以O(shè)3總體表現(xiàn)為夏半年濃度高于冬半年,其變化形式也與北京、上海等地的相似[23-24].此外,北京等緯度較高的地區(qū) 5～8月的 O3濃度相對(duì)較高,其他月份的濃度較低[4,25];而廣州位于亞熱帶低緯度地區(qū),其9、10月的太陽(yáng)輻射也較強(qiáng),綜合作用下9、10月的O3濃度也較高,其中受10月的邊界層條件影響[26],10月的 O3平均濃度達(dá)到峰值.不同于O3, NOx主要來(lái)自于汽車(chē)尾氣等排放,大氣邊界層的擴(kuò)散條件對(duì)其也有重要影響[27],故4～10月的濃度相對(duì)較低,均低于 80.0μg/m3,其中6月的濃度最低,僅為(45.5±21.5)μg/m3;2～3月的NOx濃度明顯更高,分別為(105.7±83.7)μg/m3, (131.1±122.1)μg/m3.

如圖1所示, O3和NOx的日變化也具有不同的特征.O3表現(xiàn)出明顯的單峰分布的日變化特征,受日照強(qiáng)弱以及邊界層抬升后的O3向下輸送的影響[3],其于白天的濃度明顯高于夜間,13:00～17:00的濃度均要高于90.0μg/m3,于16:00達(dá)到峰值,為(100.4±71.4)μg/m3,出現(xiàn)時(shí)間略晚于北京地區(qū),其可能與廣州地區(qū)所處緯度要明顯低于北京等地有關(guān).對(duì)于NOx,由于其主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放,其日變化表現(xiàn)出較弱的雙峰結(jié)構(gòu),分別于6:00～ 9:00和16:00～20:00濃度有較明顯的增長(zhǎng)過(guò)程,這有早晚下班高峰有密切關(guān)系.由于夜間高度較低的邊界層甚至逆溫層的出現(xiàn),夜間大氣擴(kuò)散能力不如白天,使得夜間的NOx濃度處于較高濃度值,相反白天時(shí),特別在正午時(shí)的NOx濃度要明顯低于夜間.

2.2 NOx對(duì)O3的影響

NOx(NO+NO2)對(duì)O3具有滴定作用.如圖2所示,較低濃度的NOx往往伴隨著較高濃度的O3.

圖2 NOx與O3擬合關(guān)系的散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plot between NOxand O3擬合方程的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了P=0.05的顯著性檢驗(yàn)

如圖3所示,總體表現(xiàn)出低濃度NOx對(duì)應(yīng)著高O3超標(biāo)率和高濃度O3,尤其是在NOx濃度為20～40μg/m3時(shí),其O3超標(biāo)率和O3平均濃度達(dá)到峰值,分別為10.7%和(72.1±59.1)μg/m3.在其他較低 NOx濃度范圍,如 0～20,40～60,60～80μg/m3,也有較高的O3超標(biāo)率和O3平均濃度,分別為6.0%、3.1%、2.0%和(67.7±43.9)、(43.8±45.3)、(35.2± 41.3)μg/m3.所以,在預(yù)報(bào)或者研究O3污染時(shí),需格外關(guān)注NOx濃度為0～40μg/m3的時(shí)期.

圖3 NOx不同濃度范圍所對(duì)應(yīng)的O3的超標(biāo)率和平均濃度Fig.3 O3Pollution rate and averaged concentration at different NOxconcentration range

2.3 VOCs對(duì)O3的影響

10月 O3的平均濃度達(dá)到最大值(104.9± 68.0μg/m3),故利用該月的 VOCs數(shù)據(jù)研究了VOCs對(duì)O3污染的影響.VOCs主要通過(guò)與OH發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成HO2、RO2等以促進(jìn)O3的形成

[28].VOCs和NOx作為O3的2種重要前體物,其兩者之間的關(guān)系對(duì)研究O3生成過(guò)程有重要意義,且確定O3生成是在VOCs敏感區(qū)還是NOx敏感區(qū),這對(duì)O3污染控制的策略制定有重大作用.

根據(jù) Seinfeld[29]的研究,VOCs/NOx＜8,表示為VOCs敏感型,而VOCs/NOx≥8則為NOx敏感型.如圖4所示,不管哪個(gè)時(shí)刻,VOCs/NOx的比值均要小于 8,均處于 VOCs敏感區(qū),這表明作為2012年O3月平均濃度最高的10月,其O3形成主要受VOCs的影響,這與Zou等[8]研究的廣州地區(qū)春季和冬季主要受VOCs控制的結(jié)論一致.同時(shí),Han等[30]研究也表明天津在 11:00～13:00、14:00～16:00及17:00～19:00,O3形成主要受VOCs控制.所以珠三角地區(qū)在制定O3污染控制措施時(shí),重要的是先減少VOCs的排放.

表征VOCs大氣反應(yīng)活性的指標(biāo)較多,主要有等丙烯濃度[31],VOCs的最大增量反應(yīng)活性(MIR)[32]、OH消耗速率[33]等.本研究采用 MIR方法來(lái)研究不同種類(lèi) VOCs對(duì) O3形成的影響,其中MIR方法是指在最佳O3生成條件下,VOCs能產(chǎn)生的最大O3濃度,即大氣中VOCs的O3生成潛勢(shì).其計(jì)算方法如式(1)所示:

式中: OFPi表示某種 VOCs生成 O3的最大值,×10?9;[ V OCs]i表示該VOCs的大氣環(huán)境濃度,×10?9;M IRi表示該VOCs的最大增量反應(yīng)活性,本研究所用的 MIRi來(lái)自Carter[34]的研究.

圖4 NOx與VOCs的散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter plot between NOxand VOCs

圖5 不同VOCs種類(lèi)(烷烴、烯烴及芳烴)對(duì)O3生成潛勢(shì)的貢獻(xiàn)Fig.5 Contributions of different VOCs species on the O3formation potential

如圖5所示,在10月份中,不同VOCs種類(lèi)對(duì)O3生成潛勢(shì)具有明顯差異,其中烯烴對(duì)O3形成過(guò)程的貢獻(xiàn)最大,達(dá) 69%,烷烴和芳香烴的貢獻(xiàn)相對(duì)較小,且兩者幾乎沒(méi)差異,分別為 15%、16%.這與羅瑋等[35]的研究結(jié)果相近,其研究發(fā)現(xiàn)廣州城區(qū)大氣中烯烴、烷烴和芳香烴的OFP臭氧生成貢獻(xiàn)分別是61.8%、19.2%以及11.6%.而廈門(mén)城、郊區(qū)大氣中芳香烴的 O3生成貢獻(xiàn)最大,其次為烯烴、烷烴最小[36].由于珠三角 O3生成潛勢(shì)中貢獻(xiàn)最大的為烯烴,所以如果在通過(guò)減少VOCs排放來(lái)控制O3污染時(shí),應(yīng)優(yōu)先降低VOCs中烯烴的排放.

2.4 氣象因子對(duì)O3的影響

關(guān)于氣象條件對(duì)O3形成的影響已有了較多的研究結(jié)果.研究表明,北京地區(qū)的 O3濃度與氣壓、濕度以及能見(jiàn)度成反比,而與風(fēng)速、溫度成正比,且區(qū)域輸送,尤其是東南、偏南和偏西氣流的作用下,易在北京地區(qū)較高的O3濃度[3,37].白建輝等[38]對(duì)鼎湖山森林地區(qū)不同因子對(duì)O3的敏感性試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),該地區(qū)O3濃度對(duì)NOx濃度最為敏感,其次為水汽、氣溶膠,最后為紫外輻射.本研究利用溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù),研究珠三角地區(qū)O3污染形成時(shí)主要?dú)庀笠蜃拥拈撝捣秶?

圖6 溫度與O3擬合關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter plot between temperature and O3擬合方程的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了P=0.05的顯著性檢驗(yàn)

2.4.1 溫度 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)大氣光化學(xué)反應(yīng)具有重要影響,由于缺少相應(yīng)的太陽(yáng)輻射,而大氣溫度的變化能較好的反映出太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化[39],所以本文中利用大氣溫度數(shù)據(jù)代替太陽(yáng)輻射強(qiáng)度.本研究定義 06:00～18:00為白天,選取該時(shí)段的大氣溫度數(shù)據(jù)與O3濃度數(shù)據(jù)擬合.如圖6所示,隨著溫度的增加,O3濃度也明顯增大,且隨著溫度的增加,O3濃度的增大趨勢(shì)愈明顯.低相對(duì)濕度有利于O3污染的發(fā)生,與安俊琳等[3]的研究相似.

圖7 不同溫度范圍對(duì)應(yīng)的O3超標(biāo)率及平均濃度Fig.7 O3Polluted Percent and average mass concentration at different temperature range

基于大氣溫度數(shù)據(jù)和O3濃度,統(tǒng)計(jì)分析了不同溫度范圍所對(duì)應(yīng)的O3超標(biāo)率和O3平均濃度.如圖7所示,當(dāng)溫度高于19℃,O3超標(biāo)率大于0,廣州地區(qū)開(kāi)始會(huì)出現(xiàn) O3超標(biāo)現(xiàn)象.當(dāng)溫度高于27℃時(shí),O3超標(biāo)率已經(jīng)較高,如當(dāng)大氣溫度為27～29℃,29～31℃,31～33℃時(shí),O3超標(biāo)率分別為16.9%,21.9%以及20.2%.于31～37℃呈現(xiàn)急劇增大,在35～37℃達(dá)到最大值,為78.6%.O3平均濃度的變化趨勢(shì)與O3超標(biāo)率的變化趨勢(shì)相似,溫度較低時(shí),O3的平均濃度變化較小,當(dāng)溫度高于 23℃時(shí),其增加趨勢(shì)已非常明顯,且當(dāng)溫度高于 29℃時(shí),O3平均濃度高于100.0μg/m3,在35～37℃達(dá)到最大值,為(196.6±49.4)μg/m3.

圖8 相對(duì)濕度與O3擬合關(guān)系的散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter plot between relative humidity and O3擬合方程的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了P=0.05的顯著性檢驗(yàn)

圖9 不同相對(duì)濕度范圍所對(duì)應(yīng)的O3的超標(biāo)率與平均濃度Fig.9 O3Polluted Percent and average mass concentration at different relative humidity range

2.4.2 相對(duì)濕度 如圖8所示.較高的O3濃度主要集中在相對(duì)濕度較低的情況下.

如圖9所示,在相對(duì)濕度低于55%時(shí),O3的超標(biāo)率均超過(guò) 30%,該范圍是廣州發(fā)生光化學(xué)污染的關(guān)鍵相對(duì)濕度范圍,其中當(dāng)相對(duì)濕度介于15%～25%,35%～45%時(shí),O3的超標(biāo)率分別高達(dá)50.0%,46.6%;當(dāng)相對(duì)濕度高于 75%時(shí),O3超標(biāo)率低于1.0%,幾乎不再發(fā)生O3污染事件.而當(dāng)相對(duì)濕度低于 65%時(shí),O3的平均濃度均大于100.0μg/m3,其中相對(duì)濕度低于55%的O3平均濃度大于130.0μg/m3.最大O3平均濃度出現(xiàn)于35～45%,高達(dá)(152.4±58.6)μg/m3,相對(duì)濕度高于 95%時(shí)的O3平均濃度僅為(14.9±15.7)μg/m3.

2.4.3 風(fēng)場(chǎng) 風(fēng)場(chǎng)對(duì)污染物的輸送具有重要的影響,不同的風(fēng)向決定了污染物輸送的不同來(lái)向,而風(fēng)速大小則能反映污染物的輸送效率或者污染物的清除效率.圖 10表明,在珠三角地區(qū)受偏西風(fēng),特別是西風(fēng)控制時(shí),下風(fēng)向地區(qū)的 O3濃度明顯較高,且風(fēng)速越大,O3濃度也越大,最高時(shí)能達(dá)120.0μg/m3左右;同時(shí)當(dāng)珠三角受較大風(fēng)速的東北風(fēng)影響下,下風(fēng)向的 O3濃度也相對(duì)較高,可達(dá)70.0μg/m3.而當(dāng)受偏北風(fēng)影響,其對(duì)應(yīng)的O3濃度明顯低于其他風(fēng)向.

圖10中NOx的分布情況與O3幾乎呈反相位變化.風(fēng)速越低,NOx濃度越高,其主要是 NOx主要是由局地源(機(jī)動(dòng)車(chē))排放產(chǎn)生,風(fēng)速越大,越有利于其的擴(kuò)散.而當(dāng)珠三角盛行偏北風(fēng)時(shí),尤其是西北風(fēng)時(shí),番禺大氣成分站剛好位于廣州城區(qū)的下風(fēng)向,城區(qū)的污染物輸送至番禺大氣成分站,導(dǎo)致在該風(fēng)向作用下,NOx濃度明顯高于其他風(fēng)向.而偏南作用下,番禺的上風(fēng)向是南沙甚至為珠江口海面,故在該風(fēng)向影響下的 NOx濃度最低.NOx與O3二者幾乎相反的變化能較好地說(shuō)明NOx對(duì)O3濃度的滴定作用.

值得注意的是,在偏西風(fēng)作用下的高 O3濃度也對(duì)應(yīng)了相對(duì)較高的 NOx濃度,該風(fēng)向條件下的 NOx滴定作用不是很明顯,其可能與佛山地區(qū)工業(yè)排放的VOCs輸送有關(guān).佛山順德區(qū)位于觀測(cè)點(diǎn)的正西方向,南海區(qū)則位于觀測(cè)點(diǎn)的西北方向.在珠三角,工業(yè)溶劑使用、汽油車(chē)、摩托車(chē)和工業(yè)過(guò)程是OFP貢獻(xiàn)最大的4大人為排放源,其中電子產(chǎn)品制造和家具制造是主要的工業(yè)溶劑使用行業(yè),制藥、塑料制品、化學(xué)纖維、石油精煉和紙漿制造是主要的工業(yè)過(guò)程[40].所以順德地區(qū)的家電、家具產(chǎn)業(yè)和南海地區(qū)相關(guān)的化工、冶金、紡織產(chǎn)業(yè)可能對(duì)其下風(fēng)向的O3污染有重要影響.

3 結(jié)論

3.1 O3和 NOx均表現(xiàn)出單峰分布的月變化,其中O3的峰值出現(xiàn)在10月,而NOx的峰值出現(xiàn)在3月;O3的日變化也為單峰分布,午后的濃度較高,峰值出現(xiàn)在16:00,而NOx則表現(xiàn)為弱雙峰分布,早晚高峰期間NOx濃度有增加趨勢(shì),受邊界層條件影響,夜間的濃度也明顯大于白天.

3.2 總體上NOx對(duì)O3有明顯的滴定作用.O3濃度隨著NOx的濃度增長(zhǎng)以指數(shù)的形式降低,且當(dāng)NOx在20～40μg/m3時(shí)O3超標(biāo)率和O3平均濃度均達(dá)到峰值,該濃度范圍是珠三角地區(qū)發(fā)生光化學(xué)污染的關(guān)鍵濃度.

3.3 高溫低濕的環(huán)境有利于珠三角地區(qū) O3污染的發(fā)生,O3濃度分別隨著溫度和相對(duì)濕度的增加以指數(shù)的形式增大和降低.氣溫高于 27℃時(shí),或者相對(duì)濕度低于55%時(shí),O3的超標(biāo)率和平均濃度均相對(duì)較高,該溫度和相對(duì)濕度是珠三角地區(qū)發(fā)生光化學(xué)污染的關(guān)鍵氣象條件.

3.4 當(dāng)珠三角地區(qū)受偏西風(fēng)控制時(shí),下風(fēng)向地區(qū)的 O3濃度最高,高達(dá) 120.0μg/m3,而受偏北風(fēng)作用下,由于 NOx的滴定作用,下風(fēng)向地區(qū)的 O3濃度最低.

3.5 10月O3的形成主要受VOCs控制,且VOCs中烯烴對(duì) O3生成潛勢(shì)的貢獻(xiàn)最大,達(dá) 69%,而烷烴和芳香烴的貢獻(xiàn)相近,分別為15%、16%.

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Impacts of precursors and meteorological factors on ozone pollution in Pearl River Delta.

LIU Jian1, WU Dui1,2,3,4*, FAN Shao-jia1*, LIAO Zhi-heng1, DENG Tao4(1.School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China；2.Institute of Atmospheric Environmental Safety and Pollution Control, Jinan University, Guangzhou 510632, China；3.Guangdong Engineering Research Centre for Online Atmospheric Pollution Source Appointment Mass Spectrometry System, Jinan University, Guangzhou 510632, China；4.Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology, China Meteorology Administration, Guangzhou 510080, China). China Environmental Science, 2017,37(3)：813～820

Based on the hourly data of O3, NOx, and VOCs concentration from China Meteorology Administration (CMA) Guangzhou Panyu Atmospheric Composition Observation Station, and the meteorological data, such as temperature, relatively humidity and wind data from Guangzhou meteorology observation station, the impacts of ozone precursors (NOx, VOCs) and meteorological factors on O3pollution in the Pearl River Delta (PRD) have been researched. It was found that the monthly variations of O3and NOxwere single-peak distribution with the peak concentrations were (104.9±68.0)μg/m3, (131.1±122.1)μg/m3in October and March, respectively. And the diurnal variation of O3also was unimodal distribution that the O3concentration was highest in the afternoon. While NOxconcentration had an obvious increase during rush time, and NOxconcentration in the nighttime was much higher than daytime. The titration of NOxplayed an important role in O3pollution that O3concentration was exponentially suppressed with increasing NOxconcentration. High temperature and low relatively humidity condition was in favor of O3formation. Similar with NOx, O3concentration was also exponentially suppressed with increasing relatively humidity, while the relationship between O3and temperature was opposite that O3concentration was exponentially increased with increasing temperature. When western wind was prevailed in the PRD region, O3concentration of downward area was highest, while when PRD wascontrolled by northern wind, O3concentration was lowest companied with the highest NOxconcentration, it also suggests that the titration of NOxin O3concentration. In general, the key factors for photochemical pollution occurred in PRD region were NOxconcentration of 20～40μg/m3, temperature with higher than 27°C, relatively humidity with lower than 55% and western wind dominant, respectively. The formation of O3in October was controlled by VOCs, and the contribution of alkenes to ozone production potential was highest, which was 69%. While the contributions of alkanes and aromatics were much lower, were only 15%, 16%, respectively.

ozone；nitrogen oxide；VOCs；meteorological factor；Pearl River Delta

X515

A

1000-6923(2017)03-0813-08

劉 建(1989-),男,漢族,江西贛州人,中山大學(xué)博士研究生,主要研究方向?yàn)榇髿饣瘜W(xué)、大氣物理與大氣環(huán)境.發(fā)表論文6篇.

2016-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41630422,41475004);國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0203305);中國(guó)氣象局氣候變化專(zhuān)項(xiàng)(CCSF201531).

* 責(zé)任作者, 吳兌, 教授, wuduigz@qq.com; 范紹佳, 教授, eesfsj@mail.sysu.edu.cn