冯兆忠,李 品,袁相洋,高 峰,姜立军,代碌碌

1 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京 100085 2 中国科学院大学资源环境学院,北京 101408

地表臭氧(O3)特指距离地球表面15km范围内的对流层O3,是地表大气光化学烟雾及温室气体的主要成分,具有强氧化性,能严重危害地表农作物和自然植物生长,被称为“坏O3”[1]。地表O3除少量来自平流层的大气传输过程(动力下传)[2]外,绝大部分来自大气中甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx=NO+NO2)及挥发性有机化合物(VOCs)等一次污染物在强烈紫外辐射下发生复杂光化学反应生成的产物。依据前体物的不同,O3的形成主要通过两个过程同时进行：① NO2在强烈光照射下直接发生光解反应,释放出游离氧原子(O·),不稳定的O·和空气中的氧分子(O2)结合生成O3；② 空气中的O2光解产生的自由基可将VOCs等前体物氧化为过氧化物自由基(RO2·)和羟基自由基(OH·),这些活性自由基进一步促进大气中NO向NO2转化,从而提供O3形成的NO2源[3]。

地表O3的生成受气象条件(光照、大气温湿度及风速等)、排放源分布和土地利用类型等影响,其浓度高峰值一般出现在前体物浓度较高的夏季午后[4]。其光化学形成、区域传输、还原氧化及沉降分解等过程共同决定着某一地区的地表O3浓度状况。基于经验动力学模型(Empirical Kinetics Modeling Approach,EKMA)和已有的观测数据显示,O3浓度与其前体物浓度(尤其是NOx与VOCs)呈显著的非线性响应关系[5-6]。从NOx浓度较高的中心城区到VOCs浓度较高的近郊远郊地区,存在由市中心的VOCs控制逐渐转变为近郊的VOCs和NOx共同控制,进而过渡到远郊及乡村的NOx控制为主的移动特征[7]。……