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华北平原光化学污染物垂直演变及成因研究进展


  华北平原面临颗粒物和臭氧“双高”的大气复合污染征象,但对其影响机制尚不完全清楚。我所王跃思研究员课题组唐贵谦博士在国家大气氧化性研究项目基金的资助下,行使系留气艇搭载多种在线检测仪器及采样设备,在石家庄近郊开展了系列大气边界层理化结构及特征探测实验,尤其是对该地区臭氧及其前体物VOCs垂直演变规律进行了卓有成效研究,并对温室气体和颗粒物数浓度进行了同步探测,获取了不可多得的廓线数据。(图1)

  探测效果表现,各类VOCs浓度在近地面最高,随高度升高渐渐递减,且在0-400m递减速率较快。按照不同层结进行划分发现,夜间稳固边界层中VOCs浓度明显高于残留层,烯烃浓度和LNO3在残留层中大幅降落,注解夜间残留层中生成二次有机气溶胶的潜势较低,对现有研究结论“夜间残留层是二次有机气溶胶生成的紧张层结”提出质疑。(Wu et al., 2020)

  臭氧垂直梯度观测效果注解,中等湿度(40%-50%)以及中等边界层高度(1200-1500m)是臭氧高值产生的紧张气象条件,且臭氧生成处于NOx和VOCs协同控制区(图2),与“低边界层高度是臭氧生成最佳条件”的传统认知亦不雷同。研究效果揭示出我国大气光化学污染的特别性和复杂性,传统的控制理论和方法对目前我国大气污染防治具有局限性。基于此项研究得出结论,降低我国大气臭氧污染的风险并使其长期达标,不仅要大幅度消减人为排放VOCs,更紧张的是在保证NOx浓度不反弹的情况下,渐渐实现降低排放量。(Zhao et al., 2019)。

  研究同时发现,残留层中存储了大量臭氧,次日白天随着边界层敏捷发展被输送至混合层内,其平均贡献可达27%±7%(Zhao et al., 2019)。因此,臭氧光化学污染的展望预警及其防控,要放弃“单独城市、单天防治”的陈旧思想,必要参照大气边界层结构的演变,整个区域协偕行动,才能遏制京津冀及周边区域夏日臭氧污染的蔓延。

 

图1 石家庄系留气艇观测实验现场

 

图2臭氧生成敏感性随气象条件演变示意图

  论文信息:

  [1].Zhao, W., Tang, G., Yu, H., Yang, Y., Wang, Y., Wang, L., An, J., Gao, W., Hu, B., Cheng, M., An, X., Li, X., Wang, Y., 2019. Evolution of boundary layer ozone in Shijiazhuang, a suburban site on the North China plain. J. Environ. Sci. 83, 152-160.

  https://doi.org/10.1016/j.jes.2019.02.016

  [2].Wu, S., Tang, G., Wang, Y., Yang, Y., Yao, D., Zhao, W., Gao, W., Sun, J., Wang, Y., 2020. Vertically decreased VOC concentration and reactivity in the planetary boundary layer in winter over the North China Plain. Atmos. Res. 240, 104930.

  https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.104930


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