2015~2022年重庆市近地面臭氧的暴露风险及环境影响

为综合评估近地面臭氧(O_(3))对人类健康和生态系统等的暴露风险,及其对二次颗粒物形成的环境影响,本文研究了重庆市2015~2022年O_(3)长期变化特征,采用多种指标综合表征O_(3)暴露对健康、经济和植被的长期影响及短期持续污染的暴露风险,并探讨O_(3)对夜间硝酸盐生成的潜在作用.结果表明:近年来重庆市近地面O_(3)呈总体上升趋势,夜间O_(3)浓度逐渐增长,春季的高O_(3)事件不容忽视.相应的各类O_(3)长期暴露风险指标均总体呈现2015~2019年先增加后逐渐下降的趋势.短期的O_(3)持续暴露风险相较污染前后显著增加.夜间O_(3)的升高会增大NO_(3)自由基生成速率(PNO_(3)),从而促进N_(2)O_(5)异质水解及夜间硝酸盐的形成,且在高湿伴随的污染条件下更为显著.可见,夜间O_(3)变化的潜在暴露风险及对二次无机盐的生成作用值得深入研究.

基于机器学习算法的中国近地面臭氧浓度模拟

目的探索基于多种机器学习模型的我国近地面臭氧浓度高精度模拟方法。方法基于2013—2017年的多源数据,建立基于多种机器学习算法的全国近地面臭氧浓度模拟模型。结果随机森林(random forest,RF)模型的性能最佳,R^(2)为0.752,RMSE和MAE分别为23.264和16.094μg/m^(3)。地面下沉短波辐射为近地面臭氧浓度模拟的最关键因素。结论基于气象、地理、排放等多元变量的RF模型可实现近地面臭氧高精度模拟。未来可进一步引入空气污染物的自然源排放量数据以提高模型精度。

基于梯度提升算法的近地面臭氧浓度估算比较

提出了一种基于梯度提升树优化的近地面O_(3)浓度时空分布估算模型.基于O_(3)地面观测站点数据、高分辨率大气成分卫星数据(TROPOMI、AIRS)、ERA5气象再分析资料、以及地表覆盖和地形数据,本文研究了京津冀地区近地面O_(3)与对流层O_(3)及其前体物、气象因素、以及下垫面资料之间的相关关系,对比分析了不同梯度提升树算法模型(GBDT、XGBoost、LightGBM)的估算精度.结果表明,3种模型整体上均可对近地面O_(3)进行精确估算,GBDT、XGBoost、LightGBM的决定系数R^(2)分别为0.9489、0.9547、0.9495,均方根误差RMSE分别为13.85,13.26,13.76μg/m^(3),XGBoost模型的精度相对最高;通过采用过滤法、相关性分析法以及递归特征消除法筛选特征,对XGBoost估算模型进行了优化,在保证模型精度前提下,降低了特征复杂度,优化后模型估算精度可达到R^(2)=0.9549,估算速率提升了约17%,为区域尺度O_(3)浓度时空分布建模与估算提供了一个精细而高效的方法模型.

基于TROPOMI的近地面臭氧浓度估算研究

在PM2.5浓度逐年下降的背景下,臭氧浓度不降反升,目前臭氧已经成为国内大气的主要污染物之一。本文利用当今大气监测中时空分辨率最高的TROPOMI传感器,并基于大数据关联思想,构建GWR-RF臭氧浓度估算模型,融合臭氧浓度地面监测数据、欧洲中期天气预报中心的ERA5数据集、高分辨率遥感影像(TROPOMI_NO2)数据,构建训练整体数据集,用以估算2019年四川省每日最大8 h平均臭氧浓度(O3_8h)。研究结R2为0.94,RMSE为10.5 μg•m−3,MAE为7.49 μg•m−3,表明GWR-RF模型对O3_8有较好的估算性能。

广昌县城区近地面臭氧污染特征及气象影响因子分析

利用2017-2021年广昌县城区的近地层臭氧浓度和气象条件的连续监测资料,对臭氧浓度随时间和气象条件变化的特征进行了分析,探讨了各气象因子和综合条件对臭氧浓度的影响。结果表明:(1)近5年广昌县城区的近地面O3-8h年评价的第90百分位数分别为100、96、143、118、96μg·m-3,浓度主要分布在30~80μg·m-3范围,总体水平较低,背景浓度逐年上升。O3-8h超标是本地少量污染天气形成的重要原因;(2)臭氧浓度月际变化呈双峰型,峰值上半年出现在5月份,下半年出现在9月份。多数季节之间浓度差异极显著。日变化呈单峰形,每日5-7时出现最低值,峰值大多数出现在15时左右;(3)O3-8h浓度与相对湿度极显著负相关(r=-0.652,α=0.01),与气温极显著正相关(r=0.368,α=0.01),与气压极显著负相关(r=-0.214,α=0.01),与风向显著相关(r=-0.441,α=0.01),与风速相关性不明显;(4)54%≤RH≤74%,18.1℃≤T≤30.8℃,988.9 hPa≤P≤1004.0 hPa,风向为NNE或N的气象条件下,广昌县城区近地面容易形成臭氧空气污染。

近地面臭氧、高温对中国粮食生产的影响

保障粮食安全是国家的重大战略,也是维护社会稳定的“压舱石”。由于同时面临着近地面臭氧浓度上升和极端气候等问题,中国的粮食生产可能受到臭氧和高温的双重不利影响。目前,国内外关于臭氧、温度分别对粮食产量影响的研究较多,但关于二者对粮食产量共同影响的研究较少。该研究从ECMWF的再分析数据中获取若干空气污染物和气候相关的变量,结合县级层面的水稻和玉米的投入产出和其他经济数据,构建了全国1747个县级行政区的面板数据,并首次运用半参数估计的方法估计了近地面臭氧和气温对水稻和玉米产量的非线性影响以及两者的联合影响。研究结果显示,高臭氧浓度和高温分别对水稻和玉米产量产生显著负面影响。其中,一元半参数估计结果显示,水稻产量对生长季的臭氧浓度(用体积分数表示)和气温的损失点分别为53×10^(-9)和19℃左右,而玉米产量的损失点则分别为60×10^(-9)和18℃左右。二元半参数估计结果显示,两种作物受到臭氧和高温的影响程度不同:水稻对于臭氧和高温都比较敏感,但玉米对高温的敏感程度高于臭氧。上述结论在经过大量的稳健性检验后依然保持稳健。在中国臭氧浓度逐年增长的背景下,一元半参数估计结果表明:在水稻和玉米种植区域将臭氧水平分别控制在65×10^(-9)和60×10^(-9)以内是减少粮食损失并兼顾臭氧污染治理成本的经济选择。同时,根据二元半参数估计结果可以得到以下启示:农业政策部门应充分考虑不同作物对于臭氧和高温的敏感程度的异质性,在其他条件允许的情况下指导农民通过种植结构的适应性调整,降低或消除臭氧对于粮食产量的负面影响。

中国大气本底条件下不同地区地面臭氧特征

分析了晴天和阴天时瓦里关本底台、临安和龙凤山本底站地面 O3浓度的特点。晴天时 ,临安站地面 O3有明显日变化 ,以春季最大 (42 .9× 1 0 - 9) ,夏季最小 (2 0 .3× 1 0 - 9) ;龙凤山站日变化更规则 ,秋季最大 (约 2 7× 1 0 - 9) ;瓦里关本底台除了夏季有微弱日变化外 ,其它季节没有明显的日变化 ,日较差也很小 ,但夏季地面 O3浓度显著高於冬季 ;夏季晴天瓦里关地面O3浓度要比龙凤山、临安高 2 0× 1 0 - 9以上。阴天时 ,临安和龙凤山站除了日变化不很规则和日较差较小外 ,其它大致与晴天相同。阴天时瓦里关不仅没有日变化 ,而且日较差更小 ,但夏季地面 O3仍然高於冬季。太阳总辐射和 NOx 浓度是控制龙凤山和临安晴天和阴天地面O3浓度的决定性因子 ,它在不同季节和地区发挥着重要作用。夏季青藏高原周围地区气流向高原输送作用 ,是形成夏季瓦里关地面 O3高值以及微弱日变化的主要原因。在美国 MaunaLoa基准站也曾观测到类似的输送影响。O3在低对流层随垂直高度增加的分布特征 ,决定了东西部测点地面

上甸子本底站地面臭氧变化特征及影响因素

利用TE Model 49C型臭氧监测仪,于2004年1月1日—12月31日,在上甸子本底站进行了地面φ(O3)的连续在线监测.分析了全年φ(O3)的变化特征及其与同期气象要素的相关关系,并对φ(O3)高值日的个例分析进行了验证.结果表明,上甸子本底站地面φ(O3)具有明显的季节变化和日变化规律,并且与同期的气象条件密切相关.主要特征:①夏初φ(O3)较高,6月的平均值达到最高,小时平均最大值可达129.7μL/m3;而冬季φ(O3)较低,12月的平均值达到最低,小时平均最大值仅为32.7μL/m3.②日变化趋势较为明显,在4:00—7:00出现最低值,在15:00—18:00出现最高值,变化幅度为夏季最大、冬季较小.③气温与φ(O3)呈显著正相关,夏季相对湿度与φ(O3)呈显著负相关,风向和辐射强度也与φ(O3)及其变化规律呈显著相关关系.

临安近地面臭氧变化特征分析

利用2003年11月─2004年11月浙江临安区域大气本底站近地面臭氧浓度的连续监测资料,研究了地面臭氧浓度全年总体分布、季节变化、日变化及浓度频率分布规律.结果表明,该地区φ(O3)全年平均值为32.41×10-9,其日变化呈明显单峰型,14:00左右达到最大值,约04:00出现最小值.φ(O3)月均值在春末夏初达到最大值,在12月─次年2月出现最小值.φ(O3)各月的平均振幅在夏季达到最大,说明临安本底站夏季臭氧光化学反应比较强烈.除冬季外,其他季节该地区近地面φ(O3)均有超过《环境空气质量标准》(GB30952-1996)二级标准的情况,全年超标率为0.96%.

拉萨地区夏季地面臭氧的观测和特征分析

1998年 6～ 9月 ,在西藏拉萨郊区 (海拔 36 5 0m ,2 9.6 5°N ,91.16°E)对地面臭氧进行了连续观测。该地区夏季地面臭氧日平均浓度在 10～ 6 0nL/L ,夏初的浓度较高于夏季后期。地面臭氧浓度的日变化呈单峰型 ,峰值出现在当地时间 10～ 18时 ,具有光化学过程臭氧生成的典型变化特征。局地风速、降水、太阳总辐射等气象因素的变化对地面臭氧浓度具有不同程度的影响。拉萨地区大规模宗教活动中的露天生物体燃烧 。

南京地区大气颗粒物影响近地面臭氧的个例研究

通过对2008年4月2～7日南京地区地面气象观测数据以及两个站点空气质量(O3、NOx、PM10)监测资料的分析,发现O3和PM10之间存在一定程度的反相关。利用一个光化学箱模式对该个例中大气颗粒物影响近地面臭氧的过程进行模拟,结果发现大气颗粒物浓度的升高使得气溶胶光学厚度增加20%～40%,导致NO2和O3近地面光解率下降20%～30%,OH和HO2自由基浓度分别减少20%～50%,造成O3净生成率下降30%～40%。研究表明,颗粒物对光化学过程的抑制造成了大气氧化能力的降低,是近地面臭氧浓度减少的可能原因。

塔克拉玛干沙漠腹地与北缘城市近地面臭氧质量浓度分布特征

高浓度臭氧对人体健康造成伤害,还会影响植物生长;臭氧也是一种重要的温室气体,影响全球气候变化。本文利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区2010年6月1日至2012年12月31日和北缘城市库尔勒2010年7月1日至2012年12月31日地表臭氧质量浓度连续观测数据,结合PM10和气象资料,对地表臭氧质量浓度的日、周、月、季节与不同天气条件下日变化特征进行了分析,同时探讨了影响臭氧变化的主要因素。结果表明,(1)臭氧质量浓度日变化具有明显的单峰型日变化规律,夜间变化平缓,白天变化剧烈。09:00前后达到最低值,18:00前后达到最高值,出现时间稍迟于沿海城市。(2)臭氧质量浓度变化具有周末效应现象。最高值出现在星期日,最低值出现在星期三;星期一至星期三浓度逐渐降低,星期四又逐渐上升。(3)塔中最高月平均浓度出现在2010年6月,质量浓度为89.6μg·m-3,最低质量浓度出现在2012年12月,为22.1μg·m-3;库尔勒最高月平均质量浓度出现在2010年8月,为82.1μg·m-3,最低为2012年12月的12.5μg·m-3。月平均质量浓度以6月份为中心对称分布,两边月份逐渐降低。(4)春、夏季臭氧质量浓度较高,秋季和冬季明显低于春季和夏季,与沿海大中型城市变化特征基本一致。(5)4种天气中,日变化最剧烈的是晴天,其次为小雨天气,阴天较平缓。沙尘天气出现前,臭氧质量浓度变化较小,沙尘天气开始后质量浓度下降,且下降速度较快。(6)辐射变化具有单峰型日变化规律,臭氧质量浓度变化明显晚于辐射变化,太阳辐射的强弱直接影响光化学反应速度,从而导致臭氧质量浓度的变化;臭氧质量浓度日变化与PM10质量浓度日变化具有相反变化趋势,但在时间变化上有一定的滞后性,臭氧质量浓度变化明显早于PM10的变化。(7)晴天少云的天气情况下臭氧质量浓度明显要高于阴雨(雪)天,气温、相对湿度、风速、风向、日照时数共同影响近地面臭氧质量浓度的变化,臭氧污染的发生是多种因素共同作用的结果。

近地面臭氧研究进展

近地面臭氧是空气中氮氧化物和挥发性有机物发生光化学反应的产物,其浓度与气象条件密切相关。晴天少云、紫外辐射较强、温度较高、相对湿度较低以及风速较小的天气,均有利于臭氧的生成,其中紫外辐射是产生臭氧最关键的因素。臭氧前体物(氮氧化物和挥发性有机物)的浓度及其比值是影响近地面臭氧浓度的另外三个重要因素。我国大多数城市的O3处于VOC控制区,即NOx浓度的增加会引起O3浓度的降低,而VOCs浓度的增加则会使其浓度升高。因而VOC源解析问题成为近年来O3研究的一个热点问题。同时,由于气溶胶可以直接吸收、散射太阳紫外辐射、短波辐射以及大气长波辐射,因此气溶胶的存在会影响大气中光化学反应的进程,从而影响臭氧的光化学生成,气溶胶对近地面臭氧的影响已成为目前大气环境的前沿课题。

国内外近地面臭氧污染研究进展

近年来,各地、各部门贯彻落实国家"大气十条"方案,持续加强大气污染防治,空气质量明显改善。但随着PM2.5浓度大幅下降,近地面臭氧污染问题日益凸显,已经成为影响空气质量达标率的关键因素。从近地面臭氧浓度的时空变化特征、臭氧污染的主控因子、前体物VOCs的化学反应活性、排放来源、臭氧暴露对人群的健康效应等方面,详细介绍了国内外关于近地面臭氧污染的主要研究方法和进展,针对现有研究的不足,进行了总结并指出了未来的研究趋势。

国内外近地面臭氧污染研究进展

近年来,各地、各部门贯彻落实国家“大气十条”方案，持续加强大气污染防治，空气质量明显改善。但随着PM2.5浓度大幅下降，近地面臭氧污染问题日益凸显，已经成为影响空气质量达标率的关键因素。从近地面臭氧浓度的时空变化特征、臭氧污染的主控因子、前体物 VOCs 的化学反应活性、排放来源、臭氧暴露对人群的健康效应等方面，详细介绍了国内外关于近地面臭氧污染的主要研究方法和进展，针对现有研究的不足，进行了总结并指出了未来的研究趋势。

东亚太平洋地区近地面臭氧的季节和年际变化特征及其与东亚季风的关系

利用东亚清洁背景站近地面臭氧观测资料,结合风场和降水资料,分析东亚各地区臭氧的多年季节变化特征,并探讨东亚太平洋地区臭氧的季节和年际变化与季风的关系以及影响近地层臭氧的主要因子。结果表明:东亚大部分地区与北半球背景站观测一致,近地层臭氧季节变化表现为春季最高、夏季最低的特征;但在东亚中纬度33～43°N,臭氧表现为夏季最高,而在东亚20°N以南地区臭氧则表现为冬末、春初最高。东亚太平洋沿岸近地面臭氧的季节变化主要受东亚冬、夏季风环流的季节变化控制。该地区不同纬度上春季峰值出现时间的差异与亚洲大陆春季不同时期污染物输送路径的差异有关。对东亚太平洋沿岸对流层顶附近位势涡度、高空急流和垂直环流季节变化的分析表明,冬春季可能是平流层向对流层输送的最强期,对近地面臭氧贡献最大。初夏至秋季(5—11月),平流层向对流层输送较弱,对近地面臭氧贡献较小。东亚太平洋地区夏季风爆发的时间和强度以及季风环流型的年际差异是导致该地区春、夏季臭氧年际变化的主要原因;而季风降水和云带位置以及平流层—对流层交换是造成臭氧年际变化的其他原因。

瓦里关地区气象因子对近地面臭氧浓度影响的分析

文章给出了瓦里关地区 1 995～ 1 999年近地面臭氧 (O3 )浓度年、季变化及日变化。分析了 1 999年气象因子对地面O3 浓度的影响。结果表明 :瓦里关地面O3 浓度与云天状况、风向风速、垂直风速、气压等要素的变化比较明显。当瓦里关地区出现晴天、大风、偏NE风、下沉气流较强、地面受高压控制等天气时 ,为地面O3出现高浓度的天气条件。

西宁地区近地面臭氧(O_3)浓度的变化特征及气象条件分析

文章给出了西宁地区2007年4月～2008年12月近地面臭氧浓度的季节变化及日变化。分析了2008年气象因子与地面臭氧浓度的关系。结果表明:西宁地区地面臭氧浓度与云天状况、风向风速、相对湿度、气压等要素的变化比较明显。当西宁地区出现晴天、风速较大、偏E风、气压较低、湿度小时,为出现高地面臭氧浓度的天气条件。与相距90公里处的瓦里关全球大气本底站资料相比,其季节变化及日变化明显不同。

瓦里关地区地面臭氧的测量及初步分析

本文对瓦里关大气本底基准观象台地面臭氧的监测方法进行了描述,并对1994年8月到1995年7月的原始观测资料进行了初步分析,阐述了这一地区地面臭氧的变化规律和特征。结果表明,瓦里关地区的地面臭氧浓度具有明显的日变化、季节变化和波动性。

大气本底监测项目中《地面臭氧监测系统》技术

瓦里关地面臭氧监测系统运行十年来,随着对仪器原理及技术性能的日渐熟悉,在仪器的日常检查、维护等方面积累了大量的直接经验,及时总结了多年来的工作经验,制定了本底台大气特种监测项目《地面臭氧监测系统》技术手册,经中国气象科学研究院专家的审定,现已投入本底台业务监测中使用。