北京大氣臭氧濃度變化特征及其形成機制研究.pdf

1、臭氧在全球和區(qū)域大氣環(huán)境變化中扮演著重要角色，它不僅對地-氣輻射收支系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，而且作為城市污染大氣中的首要污染物，有著顯著的環(huán)境效應(yīng)。本研究以北京城區(qū)地面觀測資料為基礎(chǔ)，對大氣中臭氧及其相關(guān)前體物NOx、CO和VOCs濃度及氣象要素的分布特征進行了討論；分析了臭氧等污染氣體的相互關(guān)系，就氣象要素對污染物濃度影響做了比較；并運用模型對光化學污染過程展開研究，主要研究內(nèi)容如下： (1)北京市大氣中O3濃度較高，并呈季節(jié)性波動

2、，大氣光化學污染以夏季最為嚴重。受太陽紫外輻射和城市交通的影響，城市大氣中O3和OX(O3+NO2)濃度在午后15：00左右出現(xiàn)峰值，NOx呈雙峰態(tài)日變化，在07：00和23：00左右出現(xiàn)峰值。NO2的光解速率夏季最大，在正午前后出現(xiàn)日最大值。NOx濃度存在100×10-9(體積分數(shù))的“分界點”，NOx低濃度時以NO2為主，NOx高濃度時NO占大部分。OX區(qū)域貢獻和局地貢獻存在明顯的季節(jié)變化，前者主要受區(qū)域背景03的影響，在春季最大，

3、后者主要受局地NOx光化學反應(yīng)的制約，在夏季最強，同時OX組分呈現(xiàn)顯著的晝夜差異。受城市車流龜?shù)淖兓?，周末NOx濃度高于工作日，O3濃度周末與工作日白天差異較小，而夜晚O3濃度工作日高于周末。 (2)北京地區(qū)大氣臭氧總量平均為329DU，并呈冬春季較高，夏秋季較低的季節(jié)變化規(guī)律，到達地面的紫外輻射呈現(xiàn)相反的變化趨勢。受城區(qū)大氣污染的影響，地面處的紫外輻射量大幅減少(最大50％)，且在夏季波動較大。云和污染物對紫外輻射的影響要大于

4、總輻射，紫外輻射衰減約為總輻射衰減的2倍。城市低層大氣中O3和NOx濃度的增加是造成紫外輻射衰減的重要原因，午后O3濃度與紫外輻射衰減相關(guān)系數(shù)為0.70。O3濃度變化與與溫度，風速成正相關(guān)，與相對濕度成反相關(guān)，且存在季節(jié)變化，夏季與溫度相關(guān)性較高，冬季與風速相關(guān)性較高。受上游污染源的影響，當北京盛行東南、偏南和偏西氣流時，容易造成高O3濃度。夏季O3濃度主要受局地光化學反應(yīng)控制，可以利用常規(guī)氣象要素對O3濃度趨勢預測。北京大氣中CO濃度

5、受排放源和大氣擴散能力的影響呈現(xiàn)冬季高，夏季低的季節(jié)變化特征。白天8-h(09：00～16：00)CO濃度與風速分布頻率存在負的統(tǒng)計相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=0.93，K值為3.5±0.5。受觀測點地理位置和周邊道路機動車分布的影響，偏東氣流控制時的CO濃度是偏西氣流的2.3倍。 (3)北京大氣中光化學反應(yīng)程度夏季最高，平均為0.25。光化學反應(yīng)程度呈單峰型日變化曲線，在午后15：00出現(xiàn)峰值。在自由基和氮氧化物作用下，O3超標日光化

6、學反應(yīng)程度平均增加率為空氣優(yōu)良日的5.3倍。大氣中NMHCs濃度中苯乙烯濃度最高(按丙烯等量濃度計)，AHC丙烯等量濃度占NMHCs的大部分，而AHC中以R-AROM組分最高。臭氧產(chǎn)生效率平均為4.0，OX產(chǎn)生率隨著NOx濃度的增加而遞增，平均產(chǎn)生率為(12.5±8.3)×10-9·h-1。大氣中O3凈產(chǎn)生率在正午12：00最大，并以HO2+NO和XO2+NO光化學生成反應(yīng)為主。北京大氣中O3濃度主要受'VOCs濃度的控制，其中以人為源