基于转置EKMA曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析.pdf

第 39 卷第 5 期2023 年 10 月中国环境监测Environmental Monitoring in ChinaVol.39No.5Oct.2023基于转置 EKMA 曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析张琴1,莫慧偲2,周国治1,潘海婷1,黄河仙1,姚腾3,颜炜琳21.湖南省生态环境监测中心,湖南 长沙 4100192.广州市香港科大霍英东研究院大气研究中心,广东 广州 5114583.香港科技大学环境与可持续发展学部,香港 999077摘要:基于湖南省 20152020 年夏秋季的污染物及气象观测数据,分析了臭氧(O3)污染的时空特征和生成敏感性。湖南省中部和北部的 O3污染较为严重,且主要发生在 9 月,午后 O3峰值常与早高峰的 NO2浓度有较高的相关性。采用转置 EKMA 曲线方法探究了 O3在 NO2维度和 VOCs 反应活性维度下的生成敏感性。在 NO2维度下,NO2控制区和NO2-VOCs 过渡区的 NO2质量浓度为 7 13 g/m3,NO2-VOCs 过渡区和 VOCs 控制区的 NO2质量浓度为 1517 g/m3。在 VOCs 反应活性维度下,当 NO2质量浓度大于 10 g/m3时,VOCs 反应活性越高,O3浓度越高。在高 VOCs 反应活性(30 或以上)时,NO2浓度每降低 1 g/m3,各区域的 O3质量浓度能降低约 8 9 g/m3。结合 NO2 和 VOCs 反应活性2 个维度,得出湖南省午后 O3生成以 NO2控制区和 NO2-VOCs 过渡区为主,在晴天干燥和高温条件下,减排 NO2可有效降低 O3浓度。转置 EKMA 曲线方法为缺少长期 VOCs 观测的区域提供了研究 O3生成敏感性的新思路。关键词:臭氧;转置 EKMA 曲线;臭氧生成敏感性中图分类号:X823文献标志码:A文章编号:1002-6002(2023)05-0105-11DOI:10.19316/j.issn.1002-6002.2023.05.11Study of Ozone Formation Sensitivity in Hunan Province Based on the Transformed-EKMA Curve ApproachZHANG Qin1,MO Huisi2,ZHOU Guozhi1,PAN Haiting1,HUANG Hexian1,YAO Teng3,YAN Weilin21.Hunan Environmental Monitoring Center Station,Changsha 410019,China2.Atmospheric Research Center,Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute,Guangzhou 511458,China3.Division of Environment and Sustainability,The Hong Kong University of Science and Technology,Hong Kong 999077,ChinaAbstract:The temporal and spatial variation characteristics of ozone(O3)pollution and the sensitivity of O3 formation were investigated,based on the air quality and meteorology observation in summer and autumn from 2015 to 2020 in Hunan Province.O3 pollution mainly emerged in the central and northern parts of Hunan Province and usually occurred in September.The peak concentration of O3 in the afternoon was highly correlated with the NO2 concentration in the morning.With the transformed-EKMA curve approach,the sensitivity of O3 formation to both NO2 concentration and the total reactivity of VOCs were analyzed.In terms of NO2 concentration,the dividing NO2 concentration of the NO2-limited and the NO2-VOCs-transitional regime,the NO2-VOCs-transitional and the VOCs-limited regime were each located between 7-13 g/m3 and 15-17 g/m3.In terms of the total reactivity of VOCs,the higher the total reactivity of VOCs,the higher the O3 concentration when the NO2 concentration was above 10 g/m3.When the temperature was above 30 ,the O3 concentration would be diminished by 8 to 9 g/m3 as the NO2 concentration decreased by 1 g/m3.In conclusion,the O3 formation at 14:00 in summer and autumn was mainly under the NO2-limited or the NO2-VOCs-transitional regime,suggesting that the emission reduction of NO2 could effectively control O3 pollution on high temperature days in Hunan Province.For regions lacking long-term VOCs observation,a new insight into the analysis of the O3 formation sensitivity was provided.Keywords:O3;transformed-EKMA curve;O3 formation sensitivity收稿日期:2022-05-12;修订日期:2022-07-13基金项目:湖南省重点领域研发计划项目“长株潭区域大气细颗粒物污染成因解析及防治关键技术研究与应用示范”(2019SK2071);广州市科技计划项目(202102021308)第一作者简介:张琴(1986-),女,湖南长沙人,硕士,高级工程师。通讯作者:颜炜琳 106 中国环境监测第 39 卷第 5 期2023 年 10 月湖南省的经济和城市化建设高速发展,其空气污染情况也愈发严重,特别是臭氧(O3)污染呈现快速上升和蔓延态势。在 2019 年夏秋季,湖南省以 O3为首要污染物的天数已超过细颗粒物(PM2.5),O3成为了影响全省空气质量最主要的大气污染物之一。近地面 O3是一种光化学强氧化剂、温室气体和二次污染物,一定浓度下的 O3会对人类健康和生态系统产生不利影响1-4。O3主要是由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)等前体物在高温、强光辐射下发生光化学反应生成5-6,且前体物 NOx和 VOCs 的相对比例和丰度决定了 O3浓度,它们之间一般是复杂的非线性关系,并且可以根据 O3生成对 NOx和 VOCs 的敏感性差异将 O3生成分为 NOx控制区、VOCs 控制区和 NOx-VOCs过渡区7。因此,研究 O3 生成敏感性是有效控制 O3 污染的基础,研究湖南省的 O3污染特征和 O3生成敏感性对 O3污染防治工作至关重要。目前较多研究通过 EKMA(Empirical Kinetic Modeling Approach)曲线和相对增量反应活性来判断地区的 O3生成控制区和主控因子,主要方法有 OBM(Observation-Based Model)模型和空气质量模型,如 SHAO 等82000 年基于 OBM 模型确定的相对增量反应活性发现广州市的 O3生成以VOCs 控 制 区 为 主,推 断 城 市 区 域 应 着 重 减 排VOCs;蒋美青等9使用 OBM 情景模拟绘制我国京津冀、长三角、珠三角和成渝地区四大城市群的EKMA 曲线图,发现四大城市群的 O3生成多数处于 VOCs 控制区或过渡区,应着重控制 VOCs 排放源;高文康等10应用多尺度气象空气质量模型发现京津冀地区的 O3生成受到 NOx和 VOCs 的协同控制,应以 VOCs 减 排为主,NOx减 排 为 辅。OBM 模型相对较准确,但对前体物观测数据的依赖性较强;空气质量模型相对较灵活,但其需要的排放源清单数据仍存在较大的不确定性。以上 2种识别 O3生成敏感性的方法难以保证在不同地区开展长期的 O3生成敏感性分析。YANG 等11以气温表征 VOCs 反应活性,将传统的 EKMA 曲线图转化为 VOCs 反应活性等值线图,建立了双维度识别 O3生成敏感性的方法,该方法解决了在缺少长期 VOCs 观测数据情况下研究 O3生成敏感性的难题。目前湖南省空气污染的研究主要针对颗粒物的时空分布特征、VOCs 污染特征、来源分析及化学组分分析等,并且集中在长株潭城市群12-15,对湖南省整体 O3污染特征和 O3生成敏感性尚鲜见研究。基于该情况,本研究对湖南省近地面的污染物浓度与气象数据进行统计分析,采用转置EKMA 曲 线 方 法11,结 合 二 氧 化 氮(NO2)和VOCs 反应活性 2 个维度,分析了湖南省夏秋季O3生成对前体物的敏感性,并以此分析湖南省O3污染的时间性和区域性特征及其成因,为决策者以及相关部门进行 O3防控和持续改善大气空气质量等工作提供有效的科学支撑。1数据和方法1.1数据来源污染物数据来源于湖南省生态环境监测中心,包括湖南省 20152020 年各污染物监测站点的 O3小时质量浓度、O3日最大 8 h 滑动平均质量浓度(O3-8 h)、NO2小时浓度和 NO2日均值等;气象数据来源于湖南省气象局,包括各气象站点气温的小时数据,以及 24 h 累计降水的日值数据。该研究中的污染物浓度和气象情况均以中部、北部、南部和西部各个区域所有站点的平均值体现。污染物站点和气象站点的分布如图 1 所示。图 1湖南省研究区域、污染物监测站点和气象站点分布示意图Fig.1Spatial distribution of regions,monitoringsites and meteorological stations in Hunan Province1.2研究区域根据湖南省地理形势和经济结构水平等特征张琴等:基于转置 EKMA 曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析107 差异,将湖南省划分为中部(长沙、湘潭、株洲、娄底和邵阳)、北部(常德、岳阳和益阳)、南部(衡阳、永州和郴州)和西部(张家界、湘西州和怀化)等 4 个区域(图 1),对各区域的 O3污染特征及O3生成敏感性进行针对性的研究。中部地区是以长株潭为核心的重点发展区域,包括工程机械、轨道交通、信息技术等产业集群;北部地区沿江产业丰富,同时承接长株潭城市群的辐射影响16;南部地区则是承接产业转移示范区;工业源、交通源和生活源成为以上 3 个地区的污染物主要来源,而西部地区则以自然资源发展绿色经济,无明显工业源和交通源17,污染物来源以农业源为主。结合湖南省 4 个区域各自的局地性和特殊性,深入分析各区域 O3污染时空变化特征及其规律,将有助于该地区开展 O3污染防控工作,以期为大气污染防治事业提供科学参考。1.3研究方法VOCs 作为 O3生成的重要前体物,其影响主要体现在 VOCs 能够在 HO 自由基的氧化作用下产生过氧自由基(RO2和 HO2),过氧自由基会与 O3竞 争 氧 化 NO 为 NO2,使 得 O3出 现 积累18-19。由于目前湖南省只有部分城市有 VOCs组分监测,无法很好地代表全省 VOCs 排放的实际情况,因此难以采用传统的 EKMA 曲线方法对O3生成敏感性进行研究。温度可以从 2 个方面影响 VOCs 反应活性:一方面,温度是光化学反应的能量驱动源,随着温度的升高,VOCs 与 HO自由基的光化反应速率也随之升高20-21;另一方面,温度可以影响 VOCs的挥发性,当温度升高时,汽油和溶剂等的挥发性增强,导致 VOCs 的排放量增加。因此,VOCs 反应活性随温度的升高而升高,可以用温度进行表征。基于气温可表征 VOCs 反应活性这一思路,PUSEDE 等20和 YANG 等11提出转置 EKMA 曲线方法,从 NOx 和 VOCs 反应活性 2 个维度对 O3生成敏感性进行识别。首先将传统的 EKMA 曲线转置为 VOCs 反应活性等值线图,即以 NOx浓度为自变量、O3浓度为因变量绘制 O3浓度与NOx浓度的关系图。在转置 EKMA 曲线的左侧灰色部分,O3浓度随 NOx浓度升高而升高,此时VOCs 反应活性的变化对 O3生成的影响较小,处于 NOx控制区;随着 NOx浓度逐步增加,O3生成到达了峰值,在峰值附近 O3生成对两种前体物都比较敏感,处于过渡区;O3生成到达峰值后,O3浓度随 NOx浓度升高而下降,此时处于 VOCs 控制区。将此方法应用于湖南省的 O3生成敏感性分析,利用气温表征 VOCs 反应活性,探究湖南省 O3生成对不同 NO2浓度和 VOCs 反应活性的敏感性,定性和定量判定在不同 VOCs 反应活性下,O3浓度对 NO2浓度的响应关系。2结果与讨论2.1湖南省 O3污染现状湖南省 20152020 年 O3污染存在明显的时空变化特征(图 2),总体而言,O3浓度呈现逐年上升趋势,各城市 O3的年平均质量浓度为 50 100 g/m3。从空间分布上看,O3高值区主要集中在工业化和城市化水平较高、工矿企业分布较多且经济较发达的中部和北部地区,其中,益阳和岳阳长期处于高浓度状态,20152020 年的年平均质量浓度保持在 80 g/m3以上,湘西州和张家界浓度相对较低。2019 年,O3污染骤增且范围较广,北部和中部 O3浓度增加最明显,几乎所有城市的 O3年均质量浓度超过 90 g/m3,西部地区则在 80 g/m3以上,可见湖南省近年来 O3污染日趋严重。按照我国环境空气质量标准(GB 30952012)的相关规定,定义某区域内任一城市 O3-8 h大于 160 g/m3为该区域的 O3超标日。20152020 年湖南省 4 个区域各月份 O3超标时间如图3 所示,总体而言,湖南省 O3污染季节变化分明,月 O3超标日数呈“双峰型”分布,峰值主要集中在 510 月(夏秋季),该时间段的天气特征一般为天气晴朗、日照充足、气温较高,易成为 O3污染的高发时段,故选取 510 月作为 O3生成敏感性的研究时段。2.2O3 与 NO2之间的关系由图 4(a)可以看到,北、中、南、西部的 O3月平均质量浓度依次递减,且 4 个区域 O3月均峰值都出现在 9 月,分别为 118、116、107、93 g/m3。对比湖南省 4 个区域 NO2月均浓度,其排序与 O3月均浓度略有不同,NO2月均浓度从大到小的排序为中部南部北部西部,4 个区域的 NO2月均浓度峰值则出现在 10 月。108 中国环境监测第 39 卷第 5 期2023 年 10 月图 2湖南省 20152020 年 O3-8 h 变化Fig.2Variation of O3-8h concentration in Hunan Province from 2015 to 2020图 3湖南省 20152020 年各月份 O3超标时间Fig.3The number of days of monthly O3 exceedancesin Hunan Province from 2015 to 2020为探究 NO2对 O3生成的影响,对每日 O3高值浓度和 NO2小时浓度进行延迟相关性分析。由气象和污染物数据显示,湖南省各区域 14:00 左右的 O3浓度达到最高值,此时也最容易发生O3超标事件,因此选取每日 14:00 的 O3浓度和回溯 012 h 的 NO2浓度,分别计算回溯时间段中每小时的相关系数,结果如图 5 所示。从总体上看,各区域各月份每日 14:00 的 O3浓度基本在回溯 5 h 至 回 溯 8 h 之 间(即 早 高 峰 06:0009:00)与 NO2小时浓度达到正相关系数最大值,即湖南省午后 O3峰值常与早高峰的 NO2浓度有较高的相关性,其中 910 月的相关系数最大,78 月次之,56 月最小。这是因为光化学过程是对流层 O3的唯一来源22,夜间光解反应停滞且受到近地面的沉积作用,前体物 NO2处于累积阶段,白天 06:0009:00 城市交通处于早高峰期,机动车尾气排放量增大,2 个时间段的叠加作用使得 NO2整体浓度水平迅速升高,此时 NO2浓度出现峰值,随着太阳辐射的增强促进光化学反应,大量 NO2在阳光下光解生成 O3,O3浓度也随之升高并不断积累,在 13:0015:00 之间光化反应进行到极致,O3浓度达到峰值,这与我国多数城市 地 区 O3与 前 体 物 NO2浓 度 的 关 系 特 征一致23-25。张琴等:基于转置 EKMA 曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析109 图 4各区域 O3-8 h 和 NO2浓度对比图Fig.4Comparison of monthly average O3-8 hconcentration and NO2 concentration in each region从图 5 还可以看到,湖南省夏秋季中不同地区以及不同月份午后 14:00 的 O3与 NO2浓度之间的相关性略有差异。在 8 月,两者仅在中部地区呈现正相关关系,在其他地区的相关关系不显著;在 7 月和 9 月,两者则仅在西部地区呈现负相关关系;在 5、6、10 月,两者在大部分地区都呈现负相关关系。接下来将引入转置 EKMA 曲线11,从 NO2和 VOCs 反应活性 2 个维度研判 O3生成的敏感性。2.3O3生成敏感性双维度识别研究表明,高温、太阳辐射强、低湿、低风速、无降水等气象条件均有利于 O3污染的生成和维持25-28,因此着重选取 20152020 年晴天干燥天气下每日 14:00 的 O3浓度、NO2浓度和气温进行 O3生成敏感性双维度识别,其中晴天定义:当日 14:00 的降雨量为 0 mm 且相对湿度低于80%。图 5湖南省每日 14:00 的 O3浓度与 NO2浓度的延迟相关关系(相关系数通过 99%显著性检验)Fig.5The delay correlation between O3 concentration and NO2 concentration at 14:00 in Hunan Province(The values indicate a significant delay correlation exceeding 99%confidence level)2.3.1O3生成对 NO2的敏感性状况从 NO2维 度 上,将 NO2质 量 浓 度 按 间 隔2 g/m3从小到大分段,分析每一段 NO2浓度对应的 O3浓度分布,并计算每一段的 NO2浓度均值和对应的 O3浓度均值,可以发现各个区域 O3浓度随 NO2浓度的变化趋势基本呈现 3 个阶段(图 6),分别是 O3浓度随着 NO2浓度的升高而上 升、平 缓 和 下 降 的 趋 势,与 YANG 等11和CHEN 等29的结论相吻合。当中部、北部、南部和西部地区 14:00 的 NO2 110 中国环境监测第 39 卷第 5 期2023 年 10 月质量浓度分别在 11、9、13、7 g/m3以下时(NO2浓度处于较低水平),O3浓度随 NO2浓度的升高而升高,受 NO2浓度制约,此时属于 NO2控制区(红色区域);其中中部和南部的 O3浓度随 NO2浓度升高而升高的趋势较为明显,西部地区的斜率最为平缓,斜率越大表示 O3生成对 NO2 浓度升高愈加敏感。随着 NO2浓度的继续升高,O3 的生成速率和消耗达到平衡,O3浓度达到极大,即 O3对 2 种前体物都比较敏感,中部、北部和南部地区对应的NO2质量浓度分别处 于 11 17、9 15、13 17 g/m3,西部地区质量浓度大于 7 g/m3时,为NO2-VOCs 过渡区(黄色区域)。当中部、北部和南部地区 14:00 的 NO2质量浓度大于 17、15、17 g/m3时,O3浓度随 NO2浓度升高而呈下降趋势,此时为 VOCs 控制区(绿色区域),这 是 由 于 过 多 的 NO2会 与 VOCs 争 夺HO 自由基,从而抑制 O3的生成。对于各个区域的 VOCs 控制区而言,中部和北部的 O3浓度随NO2浓度升高而下降明显,而西部没有明显的VOCs 控制区。伏志强等30采集了长沙市雨花区国控监测站 5 月 2629 日和 9 月 1519 日的 VOCs 数据,并利用 OBM 模型对 O3生成敏感性进行分析,得出 5 月 以 削 减 NOx为 主,9 月 则 应 主 要 削 减VOCs。该研究中 5 月和 9 月采样期间 NO2质量浓度分别集中在 1017 g/m3和 1719 g/m3,由转置 EKMA 曲线方法图 6(a)可知,5 月采样期间主要位于 NO2控制区和 NO2-VOCs 过渡区,但 NO2对 O3生成贡献相对较大,此时削减 NO2较为有效;9 月采样期间主要位于 VOCs 控制区,此时削减 VOCs 排放能有效控制 O3浓度,这与伏志强等30的研究结果一致。图 6湖南省 510 月 14:00 的 O3浓度和 NO2浓度的关系Fig.6The relationship between O3 concentration and NO2 concentration at14:00 from May to October in Hunan Province2.3.2O3生成对 VOCs 反应活性的敏感性状况O3浓 度 随 气 温 的 变 化 反 映 着 O3生 成 对 VOCs 反应活性的敏感性状况,从 VOCs 反应活性维度上,分别将气温高于或等于 30 (高温)、2530 (中温)以及低于 25 (低温)表征高、中、低 VOCs 反应活性11,并利用线性回归分析方法,建立不同 VOCs 反应活性下 O3浓度对 NO2浓度的响应关系。从图 7 可以看到,当 NO2质量浓度大于 10 g/m3时,高 VOCs 反应活性条件下的 O3浓度明显高于中、低 VOCs 反应活性。随着 NO2浓度的增加,O3浓度在高、中、低 VOCs 反应活性间的差距逐渐增大,即在高温条件下,O3对 VOCs 反应活性的敏感性显著提高,当 NO2浓度升高时,更张琴等:基于转置 EKMA 曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析111 易发生 O3污染事件。结合表 1 的线性回归公式,对 O3的生成敏感性进行定量分析。在高 VOCs 反应活性情况下,湖南省各区域的 O3浓度和 NO2浓度均呈显著的正相关关系,此时湖南省位于 NO2控制区,O3浓度随 NO2浓度增加而增加;在中 VOCs 反应活性情况下,中部、北部和南部的 O3浓度和NO2浓度呈显著的正相关关系,但相关性较弱,西部的 O3浓度与 NO2浓度则无明显相关关系;在低 VOCs 反应 活性情况下,湖南省各区 域的O3浓度随 NO2浓度的变化趋势均不显著。由此得知,在高温天气下,削减 NO2排放是降低 O3浓 度 的 有 效 手 段,若 NO2质 量 浓 度 下 降1 g/m3,中部、北部和西部 O3质量浓度均相应下降约 9 g/m3,而南部 O3质量浓度则下降约8 g/m3。图 7湖南省 510 月 14:00 的 O3浓度和 NO2浓度在不同 VOCs 反应活性下的线性关系Fig.7The linear regression of O3 concentration and NO2 concentration under differenttotal reactivity of VOCs at 14:00 from May to October in Hunan Province表 1湖南省 510 月 14:00 的 O3浓度和 NO2浓度在不同 VOCs 反应活性下的线性回归公式Table 1The linear regression equation of O3 concentration and NO2 concentration under different total reactivity of VOCs at 14:00 from May to October in Hunan ProvinceVOCs 反应活性区域线性回归公式rP高 VOCs 反应活性(30)中部y=9.41x+41.940.3990.001 北部y=9.31x+65.800.4210.001 南部y=8.21x+42.680.4210.001 西部y=8.68x+59.280.1950.001 中 VOCs 反应活性(2530)中部y=1.42x+114.100.0330.022 北部y=1.35x+119.400.0260.026 南部y=2.46x+94.700.0870.001 西部y=-0.55x+115.190.0020.544低 VOCs 反应活性(25)中部y=-0.76x+119.840.0130.309北部y=-0.63x+113.190.0100.324南部y=-1.33x+127.490.0250.188西部y=-0.14x+93.640.001 0.818 注:“”表示通过 99%的显著性检验;“”表示通过 95%的显著性检验。112 中国环境监测第 39 卷第 5 期2023 年 10 月2.3.3夏秋季 O3生成敏感性分析结合 NO2和 VOCs 反应活性 2 个维度对 O3生成敏感性进行探讨,分析了湖南省夏秋季的 O3浓度、NO2浓度、气温以及不同 O3生成敏感性的天数占比,结果如图 8 所示。湖南省各区域夏秋季 14:00 的 O3和 NO2月 均 质 量 浓 度 分 别 为100146 g/m3和 618 g/m3,晴天干燥天数的占比约为 33%64%(图 8 中无填色柱状图部分代表阴天天数占比),气温约在 24 34 之间,夏秋季 O3浓度较高是因为气温、光照和太阳辐射等条件均比较充足,光化学反应也比较活跃,因此 O3浓度的月变化趋势与晴天天数占比的趋势吻合。单从峰值来看,O3月均浓度和晴天占比的峰值均出现在 9 月。根据气象数据统计,20152020 年 9 月中部、北部、南部和西部的晴天时间分别为 104、114、112、99 d,占 9 月 总 时 间(共180 d)的 58%、63%、62%和 55%,说明晴天干燥的天气在湖南省 O3污染事件中占主导作用。图 8湖南省 510 月 14:00 的 O3浓度、NO2浓度、气温以及不同 O3生成敏感性的天数占比对比图Fig.8O3 concentration,NO2 concentration and air temperature at 14:00 from May to October,and the percentage of days for different O3 formation sensitivity in Hunan Province在晴天天气条件下,湖南省各区域 68 月午后气温均高于 30 ,且 O3生成主要处于 NO2控制区。从 2.3.2 节分析已知,当 VOCs 反应活性较高时,O3生成对 NO2的敏感性更为显著,在此条件下,O3浓度会随着 NO2浓度升高而升高,O3浓度高值变化 趋势与 NO2浓 度 变 化 趋 势 相 当张琴等:基于转置 EKMA 曲线的湖南省臭氧生成敏感性分析113 吻合。除此之外,5、9、10 月这 3 个月份处于 NO2-VOCs 过渡区的天数占比较高,由图 6 可知,当 O3生成处于 NO2-VOCs 过渡区时,O3浓度达到极大,因此这 3 个月的 O3浓度比夏秋季其他月份的O3浓度高。值得注意的一点是,10 月 NO2浓度远高于 9 月,但其 O3浓度却低于 9 月,这是因为10 月的气温属夏秋季中最低,VOCs 反应活性处于较低水平,同时该月太阳辐射较弱,无法为 O3生成提供充足的条件。综上所述,9 月主要位于 NO2控制区和 NO2-VOCs 过渡区,且气温、VOCs 反应活性以及 NO2浓度都处于较高水平,因此 O3浓度最高;68 月主要位于 NO2控制区,虽然气温和 VOCs 反应活性均处于最高水平,但由于 NO2浓度属夏秋季最低,O3生成受限于 NO2排放,因此 O3浓度也是夏秋季中最低;对于 5 月和 10 月而言,由于气温和VOCs 反应活性均较低,未能利用线性回归模型确定 O3与 NO2的之间的响应关系。因此,湖南省夏秋 季 午 后 O3生 成 以 NO2控 制 区 和 NO2-VOCs 过渡区为主,在晴天干燥和高温条件下,以 NO2 为主的减排措施是行之有效的湖南省夏秋季O3浓度的防控策略。3结论通过研究湖南省 20152020 年夏秋季(510 月)的 O3生成敏感性,解释了 O3污染的季节性和区域性特征及其成因,利用转置 EKMA 曲线分析方法,分别从 NO2 和 VOCs 反应活性 2 个维度上分析湖南省夏秋季 O3生成对不同 NO2浓度和 VOCs 反应活性的敏感性。1)湖南省的 O3污染存在明显的区域性和时间性差异,从区域分布上看,中部和北部的 O3污染较为严重、南部和西部的 O3污染事件较少;从月份分布上看,9 月各区域的 O3污染最为严重,58 月和 10 月的 O3污染事件则相对较少,午后O3峰值常与早高峰的 NO2浓度有较高的相关性。2)从 NO2维度上看,O3浓度随 NO2浓度升高而呈现上升、平缓和下降 3 个阶段,即 NO2控制区、NO2-VOCs 过渡区和 VOCs 控制区。NO2控制区和 NO2-VOCs 过渡区的 NO2质量浓度为 7 13 g/m3,NO2-VOCs 过渡区和 VOCs 控制区的NO2质量浓度为 15 17 g/m3,其中西部无明显VOCs 控制区。3)从 VOCs 反应活性维度上看,以气温表征VOCs 反应活性,当 NO2质量浓度大于 10 g/m3时,高 VOCs 反应活性条件下的 O3浓度明显高于中和低 VOCs 反应活性;在高 VOCs 反应活性情况下 O3浓度随 NO2浓度增加而增加,NO2质量浓度每降低 1 g/m3,各区域的 O3质量浓度能降低约 89 g/m3,而在中、低 VOCs 反应活性情况下变化趋势则不明显。4)转 置 EKMA 曲 线 方 法 结 合 了 NO2 和VOCs 反应活性 2 个维度,分析了湖南省夏秋季不同气温条件下 O3生成对前体物的敏感性,发现 湖 南 省 午 后 O3生 成 以 NO2控 制 区 和 NO2-VOCs 过渡区为主,在晴天干燥和高温条件下,减排 NO2可有效降低 O3浓度。同时该方法为缺少长期 VOCs 观测的区域提供了研究 O3生成敏感性的新思路。参考文献(References):1 BRUNEKREEF B,HOLGATE S T.Air Pollution and HealthJ.Lancet,2002,360(9341):1 233-1 242.2 刘峰,朱永官,王效科.我国地面臭氧污染及其生态环境效应J.生态环境,2008(4):364-369.LIU Feng,ZHU Yongguan,WANG Xiaoke.Surface Ozone Pollution and Its Eco-environmental Impacts in ChinaJ.Ecology and Environment,2008(4):364-369.3 GUAN Y,XIAO Y,WANG Y,et al.Assessing the Health Impacts Attributable to PM2.5 and Ozone Pollution in 338 Chinese Cities from 2015 to 2020J.Environmental Pollution,2021,287:117623.4 TIAN 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