深圳中心城区VOCs对臭氧影响研究

为评估城市建成区环境空气中挥发性有机物(VOCs)对臭氧的影响,于2022年10月19日-11月8日在深圳市中心城区开展了环境空气中117种VOCs组分的在线监测,并使用相对增量反应活性(RIR)、臭氧生成潜势(OFP)法来研究VOCs对臭氧的生成贡献,同时对比了臭氧污染日、非污染日VOCs的变化特征。观测期间,深圳市中心城区VOCs总浓度水平(TVOC)为23.18 ppb, RIR分析结果说明深圳中心城区臭氧生成为VOCs控制区,但存在一定程度的局部氮氧化物(NO_(x))削减不利效应,其中芳香烃、烯烃对臭氧的贡献相对较高。OFP分析结果类似,且识别出甲苯、间/对二甲苯、2-丁酮是深圳市中心城区臭氧污染管控的优控VOCs物种。对比臭氧污染日与非污染日发现,臭氧污染是由多种因素决定,VOCs浓度的直接升高并不会直接导致臭氧浓度升高,但仅从VOCs的浓度变化来看,臭氧污染日VOCs组分的浓度峰值、累积速度、消耗速度均明显偏高。

基于观测模型的长三角北部县城区域臭氧敏感性研究

利用泗阳县城区环境空气质量自动监测站2020年-2022年的监测数据,对近地面大气中臭氧的污染特征进行了分析,并于2022年通过开展108种挥发性有机物(VOCs)组分的在线观测,利用箱体模型研究本地臭氧敏感性。结果表明泗阳县臭氧污染以本地生成为主,奥体中心站点臭氧峰形会出现双峰,而生态公园站点则有拖尾峰,两个站点均受传输影响。两个站点臭氧前体物NO_(x)和CO浓度水平接近,但生态公园站点NO_(x)变化幅度远大于奥体中心。臭氧敏感性分析显示泗阳县城区域属于VOCs控制区,两个站点臭氧生成对前体物的敏感性大小排序为:人为源VOCs>NO_(x)>植物源>CO,对烯烃和芳香烃类的变化较为敏感。

典型能源化工基地夏季VOCs的O_(3)生成潜势与敏感性分析

基于宁东能源化工基地环境空气质量在线监测系统和气象资料,结合罐采样-三级冷阱预浓缩-气相色谱法,分析2019年6月、8月该地非甲烷总烃类化合物的体积分数及其O_(3)生成潜势(OFP)和敏感性.结果表明,观测期间,宁东能源化工基地全天总VOCs的体积分数平均值为9.013×10^(-8),主要组成为烷烃和烯烃类;6月VOCs的体积分数高于8月的,6月、8月VOCs中体积分数由大到小分别为烯烃、烷烃、炔烃、芳香烃,烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃;NO_(2)的质量浓度与O_(3)的质量浓度呈负相关关系,且有明显的日变化规律,即NO_(2)的质量浓度白天低夜间高,而O_(3)的质量浓度白天高夜间低;6月、8月VOCs中对OFP贡献的前10位物质有所差异,但主要均为烯烃类,烯烃类贡献率分别为90.0%,82.55%;O_(3)生成主要由VOCs控制,O_(3)的污染防控应主要控制烯烃类的排放.

基于观测数据的成都市城区臭氧敏感性研究及减排策略

近年来成都市臭氧(O_(3))污染频发,O_(3)污染问题日益突出。采用零维大气盒子(F0AM)模型结合经验动力学模拟方法(EKMA)和相对增量反应活性(RIR)法对成都市2019年8月典型污染时段O_(3)生成进行模拟,并研究成都市O_(3)生成敏感性,由此进一步分析O_(3)污染控制策略。结果表明,模拟日内O_(3)光化学反应过程中,芳香烃减少的比例最大(81.36%),其次为烯烃和炔烃,3者对于O_(3)光化学反应过程有重要作用;EKMA曲线显示成都市城区O_(3)生成处于挥发性有机物(VOCs)控制区;RIR结果显示,人为源VOCs(AVOCs)对成都市城区O_(3)生成最为敏感,其次是植物源VOCs(BVOCs)和CO,而氮氧化物(NOx)为负敏感性,在AVOCs中,芳香烃和烯烃对成都市城区O_(3)生成最为敏感,应加强芳香烃和烯烃相关排放源的管控;以O_(3)日最大小时浓度达到《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中的二级浓度限值为目标,VOCs减排40%,NOx减排10%是较合适的减排比例。

长沙市夏季大气臭氧生成对前体物的敏感性分析

本文利用长沙市区环境空气质量监测站点在线观测资料,结合罐采样-三级冷阱预浓缩-气相色谱法分析非甲烷烃类化合物和衍生化-高效液相色谱法分析醛酮类化合物,基于观测的光化学模型分析了长沙市区2017年5月和9月部分时段臭氧生成对前体物的敏感性.结果表明,观测期间长沙市区臭氧浓度日变化均呈现典型的单峰特征,峰值浓度出现在15时左右,凌晨高浓度一氧化氮呈现对臭氧明显的滴定效应;5月非甲烷烃浓度和醛酮总浓度较9月高,非甲烷烃主要组成为烷烃和芳香烃类,其次为植物源烃类,而甲醛、乙醛和丙酮为醛酮类化合物主要组分.白天随着光化学过程的发展,非甲烷烃被逐渐消耗,其活性浓度随之降低.模型分析发现:5月份氮氧化物和植物源烃类对长沙市区臭氧生成贡献最大,削减氮氧化物对臭氧控制最为有效;而9月臭氧生成对烯烃和芳香烃最为敏感,削减人为源烯烃和芳香烃对臭氧控制最为有效.

贵阳市大气臭氧生成过程与敏感性初步分析

为研究贵阳市大气臭氧的光化学生成特征,于2016年选取大气臭氧浓度较高的时段,在城区和郊区环境空气质量监测点对贵阳非甲烷烃类的环境浓度进行了观测.并利用基于观测的光化学模型分析了贵阳近地面大气臭氧生成的典型光化学过程和敏感性.通过在臭氧浓度较高时段,对比分析城区和郊区臭氧和臭氧前体物、模拟的主要自由基和光化学链反应终止产物的变化特征,发现贵阳城区与郊区的臭氧生成特征不同.通过分析臭氧主要前体物的相对增量反应活性,进一步发现城区臭氧生成主要受VOCs控制,郊区主要受NOx控制.控制人为源的烯烃和芳香烃对于控制城区臭氧污染最为有效.

银川都市圈典型站点大气臭氧及前体物的污染特征分析

本文分析了银川都市圈的商业/交通/居民混合区和工业区两类典型站点的大气挥发性有机物(VOCs)的日变化特征,并通过臭氧生成潜势(OFP)对其生成臭氧潜力进行了评估,此外,基于观测的光化学模型(OBM模型)分析了银川都市圈臭氧生成对前体物的敏感性.观测结果表明,观测期间银川都市圈臭氧呈单峰型日变化,其中商业/交通/居民混合区采样点峰值出现在16:00—18:00,臭氧日最高小时浓度范围为131—200μg·m^(-3);工业区采样点峰值出现在14:00—17:00,臭氧日最高小时浓度范围为155—186μg·m^(-3).商业/交通/居民混合区采样点和工业区采样点总挥发性有机物(TVOCs)日变化浓度均呈现出早晚高、日间低的趋势,最大浓度分别为28.70×10^(-9)、165.84×10^(-9).烯烃对两个采样点臭氧生成潜势均有较大贡献,商业/交通/居民混合区和工业区采样点的贡献率分别为21.58%—67.59%和57.42%—89.73%.银川都市圈大气臭氧生成速率对VOCs中的烯烃和芳香烃的增量变化最为敏感,对CO以及烷烃的敏感性较弱,对于NO的增量通常为负响应.此外,文章还讨论了不同气团来向的臭氧生成对前体物的敏感的差异性.

武汉市2018年4-9月臭氧及其前体物非线性关系研究

近年来武汉市臭氧污染日益严峻,成为影响空气质量达标的瓶颈,弄清臭氧及其前体物非线性关系是臭氧防控的关键和基础.本研究基于武汉中心城区2018年4—9月臭氧及其前体物在线观测数据,分析出武汉市臭氧浓度受前体物和气象条件等因素的共同影响,呈较为明显的季节变化和日变化特征.观测期间武汉市大气挥发性有机物(VOCs)平均体积分数为32.5×10^-9,烷烃是武汉市VOCs的主要组分,其次是含氧VOCs(OVOCs)和卤代烃.利用基于观测的模型定量分析臭氧与前体物之间的关系,发现削减VOCs会引起臭氧生成潜势的显著下降,而削减氮氧化物则会使臭氧生成潜势升高,说明武汉市臭氧生成处于VOCs控制区.在人为源VOCs中,间/对二甲苯和邻二甲苯的相对增量反应活性(RIR)最高,是影响臭氧生成的关键组分.

汕头市城区大气VOCs来源解析及其对臭氧生成的影响

利用超低温预浓缩GC-MS法于2019年10月对汕头市濠江区大气挥发性有机物(VOCs)进行在线实时观测,研究其污染特征、来源以及对臭氧生成的影响,并探讨关键VOCs活性物种及来源。研究发现,大气VOCs中烷烃含量占比最高;利用PMF模型确定6类排放源:机动车排放源(38.0%)、溶剂使用源(20.4%)、汽油泄露与挥发源(16.5%)、化工排放源(11.7%)、油燃烧源(7.9%)、植物排放源(5.5%);利用OBM模型对臭氧污染过程进行分析:濠江区具有显著的局地光化学臭氧污染潜势;臭氧生成主要受人为源VOCs控制与影响;人为源VOCs的5种关键活性物种分别为间/对二甲苯,甲苯和其他低活性芳香烃类,C6以上活性较大的烷烃,直链烯烃和支链烯烃;关键活性物种主要来源为溶剂使用源(32.4%),其次为机动车排放源(20.9%)和汽油泄露与挥发源(15.5%)。

运城市四季VOCs特征、来源及臭氧形成敏感物种

基于2021年运城市城区站点全年VOCs观测数据,对运城市四季VOCs体积分数、组分特征、来源及臭氧形成敏感物种进行分析.结果表明,运城市城区φ(VOCs)年均值为(32.1±24.2)×10^(-9),处于全国中等水平,四季φ(VOCs)均值从高到低依次为:冬季(46.3×10^(-9))>秋季(35.5×10^(-9))>春季(25.6×10^(-9))>夏季(21.2×10^(-9)),烷烃和OVOCs占比最高,二者贡献了运城市69.0%~80.4%的TVOCs,春夏季OVOCs占比更高(41%~43%)而秋冬季烷烃占比更高(42%~43%),主要受到源排放变化的影响.机动车源、LPG/NG源、工业源和燃烧源是运城市城区VOCs的主要来源,四季贡献率最高的分别为机动车源(春季,28.5%)、二次源+燃烧源(夏季,29.0%)、LPG/NG源(秋季,30.4%)和燃煤源(冬季,27.3%).运城市夏季臭氧形成处于过渡区,其他季节处于VOC控制区,臭氧生成对烯烃(异戊二烯、乙烯和丙烯)、OVOCs(乙醛、丙醛、丙烯醛、正丁醛)和芳烃(二甲苯、甲苯、苯)最敏感,其中冬季对乙烯最敏感,其他季节对异戊二烯最敏感,应对这些敏感物种相关的一次排放源进行减排以实现臭氧浓度改善的目标.

一个沿海城市大气臭氧的本地生成过程及其对前体物的敏感性

在威海市两个采样点用苏码罐采集了全空气样品,利用三级冷阱预浓缩-GC/MS方法离线测定了空气样品中109种大气挥发性有机物(VOCs).使用基于观测的MCM机理大气化学模式(OBM-MCM)分析了大气臭氧生成对VOCs组分的敏感性及本地生成过程.结果表明:观测期间两个采样点的总挥发性有机物(TVOCs)平均浓度分别为27.84×10^-9和17.85×10^-9,对TVOCs贡献最大的均是烷烃.模拟分析表明,大气臭氧生成与前体物的控制关系存在空间差异性,在一个观测点受VOCs控制,而在另一个观测点受NOx和VOCs共同控制;模拟结果还表明,臭氧生成对活性烃类最为敏感,但是,含氧有机物、卤代烃和高碳烷烃对臭氧生成的影响和贡献也不可忽视;此外,计算了日平均臭氧净生成速率P(O3)net,分别为6.41×10^-9 h^-1和3.22×10^-9 h^-1,臭氧的本地生成过程扮演重要角色.

商丘市夏秋季臭氧光化学反应特征及减排策略

近年来,商丘市臭氧(O_(3))污染日益凸显,尤其是夏秋季,严重影响了当地环境空气质量.基于商丘市环境监测站2022年6月和9月(分别代表夏季和秋季)O_(3)污染天的监测数据,运用基于观测的模型(OBM)研究了该市O_(3)污染成因和光化学反应特征,并开展了前体物减排策略研究.观测结果表明,商丘市夏季ρ(O_(3))和O_(3)日最大8 h滑动浓度[ρ(MDA8-O_(3))]均值分别为149.7μg·m^(-3)和195.4μg·m^(-3),而秋季ρ(O_(3))和ρ(MDA8-O_(3))均值分别为119.8μg·m^(-3)和173.9μg·m^(-3),夏季O_(3)浓度显著高于秋季.臭氧敏感性研究表明,商丘市夏秋季O_(3)生成均为挥发性有机物(VOCs)控制区,其中,含氧类挥发性有机物(OVOCs)、芳香烃和烯烃物种对臭氧生成潜势(OFP)和·OH反应性(L·OH)贡献最大,需加强管控.OBM模拟结果表明,夏秋季O_(3)生成速率最大值分别为23.0×10^(-9) h^(-1)和13.6×10^(-9) h^(-1),净生成速率最大值分别为17.4×10^(-9)h^(-1)和10.4×10^(-9)h^(-1),夏季O_(3)的生成速率最大值和净生成速率最大值均为秋季的1.68倍,说明夏季光化学反应明显强于秋季;与夏季相比,秋季O_(3)生成受其他区域输入影响较大,最大输入量达14.2×10^(-9) h^(-1).商丘市夏秋季O_(3)污染防治应以控制VOCs为主,秋季VOCs/氮氧化物(NO_(x))的减排比例应大于夏季,可分别采取夏季3∶1和秋季4∶1的减排比例进行管控.

基于观测模型的重庆大气臭氧污染成因与来源解析

2015年夏季,在重庆开展了针对臭氧污染形成机制的多站点空气质量联合观测实验,使用局地臭氧化学收支分析、相对增量反应活性和经验动力学模型等多种方法对重庆臭氧的来源、局地光化学产生速率和控制因素、关键VOCs物种进行了定量分析.研究发现,重庆具有较高的局地光化学臭氧污染潜势,污染日城区上风向南泉站、城区市超级站和城区下风向山区背景站缙云山站的局地臭氧化学生成速率均较快,平均值约为30×10^(-9)V/Vh^(-1)左右,日间化学积累可达180×10^(-9)V/V以上,臭氧高值区主要集中在下风向郊区和重庆市上空,多数站点监控区域的局地臭氧化学生成主要受VOCs控制,其中VOCs的活性以芳香烃与烯烃为主;结合VOCs的来源解析,发现局地臭氧产生主要受机动车和溶剂使用源排放的VOCs控制.此外,西北部郊区站点表征区域属于NO_x控制区,污染过程中郊区站点臭氧化学生成速率提升显著,臭氧增量对NO_x敏感性强.综合而言,重庆现阶段臭氧污染控制应以VOCs控制为主,但重污染过程中区域NO_x削减对于降低重庆臭氧峰值浓度有重要意义.

珠江三角洲夏季臭氧区域污染及其控制因素分析

2006年夏季,在珠江三角洲(简称珠三角)开展了一次大型野外综合空气质量观测实验.实验包括了珠三角现有的环境监测网络和两个额外设置的超级观测站.本文基于环境监测网络的观测结果对区域臭氧污染状况和污染过程进行了分析,对各站点所记录的气团光化学属性进行了诊断.结果发现,两个超级站点分别对应着污染城市地区和下风向远郊区的光化学条件,它们较好地覆盖了区域尺度上主要的臭氧高值区.使用基于观测的模型对超级站上臭氧的光化学产生过程及臭氧控制区进行了分析.结果显示,第一,模式中的醛类化学和缺失的HONO化学对于臭氧光化学产生具有重要影响;第二,在城市地区,臭氧的光化学产生速率主要受人为源排放碳氢化合物控制;而在城市远郊区,臭氧的光化学产生速率主要受NO控制;第三,重要的人为源排放的碳氢化合物是烯烃和芳香烃.使用O′x和NOz的回归结果对臭氧产生效率进行了估算,发现城市和郊区的数值存在显著差异(分别为2.1和7.8),这从侧面支持了模型对于城市和郊区臭氧控制区属性的判断.

西安市大气臭氧污染光化学特征与敏感性分析

汾渭平原是我国综合交通枢纽,也是重要的产业基地,但2017~2019年间臭氧均值浓度达到184μg/m;.西安市作为汾渭平原上的特大型城市,自2018年以来臭氧年均浓度始终超过国家二级标准.2019年夏季在西安市选择一段典型臭氧污染过程,将其分为起始、加重和清除3个阶段,利用基于观测模型(obserbation based model,OBM)对各阶段的臭氧污染特征与敏感性进行分析.结果发现,在污染加重阶段出现强辐射、高温、低湿和低压等有利于臭氧产生的气象条件,并且该阶段的高温和强辐射提高了异戊二烯与含氧挥发性有机物(oxygenated volatile organic compounds,OVOCs)的占比.敏感性分析表明浐灞站点处于过渡区,中国科学院地球环境研究所(简称"地环所")站点处于挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)控制区,秦岭站点处于NO;控制区,且3个站点在污染过程的3个阶段中臭氧控制区类型未发生变化.将源解析方法与敏感性分析相结合,发现臭氧生成在起始阶段对各个排放源的敏感性要高于加重阶段;在臭氧污染加重阶段的局地臭氧产生速率要显著高于起始和清除阶段,浐灞、地环所和秦岭臭氧产生速率最大值分别为17.7、33.9和14.9 ppbv/h.综上,对于持续时间较长的臭氧污染过程,其臭氧浓度控制策略应该适当将时间提前到起始阶段,此时臭氧对前体物的敏感性更强,控制前体物浓度对降低臭氧生成的效率最高.

济南市城区夏季臭氧污染过程及来源分析

2019年夏季,在济南市城区开展了大气臭氧(O_(3))及其前体物[挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)]的综合观测研究,观测发现,日最大8hφ(O_(3))均值为(10^(3).0±14.5)×10^(-9),φ(NOx)平均值为(16.7±11.3)×10^(-9),VOCs的体积分数和活性水平分别为(22.4±9.4)×10^(-9)和(9.6±3.8)s^(-1).利用局地O_(3)化学收支分析,发现济南具有较高的局地O_(3)生成潜势,白天局地O_(3)平均生成速率为35.6×10^(-9)h^(-1).运用基于观测的盒子模型(OBM)和PMF受体模型对济南O_(3)生成的控制因素、关键VOCs来源进行了分析,结果表明济南市城区O_(3)生成总体处于人为源VOCs敏感区,且对烯烃的敏感性最强.O_(3)生成机制由早晨的VOCs敏感区向午后的VOCs-NOx过渡区转变,相应地O_(3)生成效率由18.3×10^(-9)h^(-1)提高到29.6×10^(-9)h^(-1).机动车尾气排放和汽油挥发是城市VOCs的主要来源,对O_(3)生成贡献明显.

基于观测模型的成都市臭氧污染敏感性研究

2019年4—8月,在成都市城区开展了O3、NOx、VOCs及气象参数的连续在线观测,基于观测数据OBM模拟的方式,对O3超标日的敏感性及收支进行了分析.研究发现,成都市城区O3超标日对应的绝大部分前体物的浓度均有所上升,基于VOCs的组分变化分析推断工业源排放在超标日可能存在较大幅度的增加.相对增量反应活性(RIR)值结果表明,成都市城区O3超标日对人为源VOCs(AVOCs)敏感性最强,其次为天然源(BVOCs)和CO,而对NOx为负敏感性,控制AVOCs对站点超标日的O3浓度下降最为有利;逐月变化来看,O3对AVOCs和NOx的敏感性逐月差异较小,对BVOCs的敏感性在6—7月最强,对CO的敏感性在4—5月最强.观测点位处于典型的VOCs控制区,以O3浓度为等值线的EKMA曲线显示4—5月脊线比例约为13,6—7月及8月的脊线比例约为8.建议在开展O3防控时,VOCs的减排比例应远大于NOx,且春季的减排比例应大于夏季.典型O3污染日的日最大O3小时生成速率为10×10-9~18×10-9·h-1,上午存在O3输入,下午O3本地生成占主导,其余时段O3输出影响较强.

成都市春季O_(3)污染特征及关键前体物识别

2018年4月在成都市区开展了臭氧(O_(3))以及挥发性有机物(VOCs)等污染物的在线监测,搜集了成都市国控站点数据,对O_(3)污染特征进行分析,利用增量反应活性(RIR)的方法识别了O_(3)生成的关键前体物.结果表明,成都市2016~2018年的4月的O_(3)污染程度逐年加重,O_(3)日变化呈现单峰态;当温度大于20℃,风速处于1~1.5 m·s^(-1),相对湿度小于65%时,O_(3)超标率在4月会高于80%;2018年4月,O_(3)超标天的NOx日均浓度是非超标天的2.3倍,VOCs日均浓度是非超标天的2倍;人为源VOCs、CO、天然源VOCs和NOx这4大类前体物在臭氧超标天对O_(3)的RIR值依次为2.4、0.87、0.06和-2.6,说明O_(3)处于VOCs控制区;从VOCs物种来看,间/对-二甲苯、乙烯、反-2-丁烯、丙烯、邻-二甲苯、甲苯、丙酮、异戊二烯、异戊烷和正丁烷等为O_(3)生成的关键活性VOCs物种.