我国城市群大气臭氧与细颗粒物污染的耦合机制研究

我国京津冀、珠江三角洲等城市群地区光化学烟雾污染和细颗粒物污染日益突出，现有研究侧重对两类污染的形成机制和控制对策分别考虑，对两类污染形成的耦合机制和协同控制关注不足。本项目围绕臭氧与二次颗粒物生成的耦合机制这一核心问题进行研究，采用数值模拟的研究方法，基于最新的颗粒物表面非均相反应和二次有机粒子生成的动力学研究成果，更新、完善大气化学模式的反应机理；从化学转化的微观层面，研究在我国城市群典型污染体系中，臭氧和颗粒相化学物质（硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物等）转化、生成的化学耦合机制；从宏观的污染控制角度，运用区域空气质量模式及其诊断、分析技术，探讨京津冀和珠江三角洲地区臭氧与细颗粒物前体物排放协同控制的响应规律和有效途径。本项目研究结果有助于丰富大气复合污染的理论，并为解决我国城市群地区实际的大气污染问题提供科学决策支持。

本项目针对珠三角和京津冀地区日益严重的臭氧污染和细颗粒物污染问题开展数值模拟研究，尝试从化学生成机制、大气过程影响因子、二次污染物对前体物排放变化的响应规律等不同方面探讨两类污染的成因、关联与协同控制。本研究利用最新的二次有机气溶胶（SOA）动力学研究成果，更新大气化学传输模式中天然源二次有机气溶胶生成机理，评估对模拟效果的影响，分析前体物排放和自由基浓度水平对SOA不同生成途径的影响。通过对关注地区典型污染季节模拟和对污染过程诊断分析，识别影响臭氧和细颗粒物污染形成的关键影响因子，总结大气过程的作用规律。运用诊断技术和敏感性分析方法，研究京津冀和珠三角地区臭氧和细颗粒物浓度对前体物排放控制的响应规律。研究获得的主要结果如下：. 更新天然源二次有机气溶胶化学机理，使得萜烯生成的SOA模拟浓度与观测值相关性显著提升，异戊二烯生成的SOA浓度平均增高~60%，同时使得CO、NOx、SO2、PM2.5和PM10夜间浓度普遍降低，O3夜间浓度升高；但模式对天然来源SOA模拟偏低的总体状况未得到改善。. 臭氧与二次颗粒物污染通过共同的前体物（NOx、VOCs）、氧化剂（日间：HOx；夜间：NO3）间的化学反应而紧密关联。化学生成和大气传输是臭氧污染发生的主要贡献因子。在区域内发生光化学污染时，臭氧浓度的上升主要来自于化学反应的贡献，大气传输的效果更多地体现在混合层内不同高度之间、区域内部对臭氧的再分配。源排放、化学生成和大气传输是细颗粒物污染发生的主要贡献因子。硝酸盐生成对京津冀和珠三角城市范围内PM2.5的浓度变化影响较大。. 在珠三角地区，秋季臭氧峰值总体上受VOC控制，NOx在削减超过50%后会使臭氧浓度下降。硫酸盐主要处于SO2和较弱的VOC控制；硝酸盐在日间处于NH3和NOx控制，在夜间主要处于NH3和VOC控制。二次无机气溶胶在日间倾向于硫酸盐的敏感性响应规律，在夜间更倾向于硝酸盐的敏感性响应规律。在京津冀，对重污染城市地区的夏季臭氧控制应以VOC为主，二次无机气溶胶的生成在大部分地区受NOx控制。. 上述研究结果有助于加深对我国大气复合污染成因的认识，能够为京津冀和珠三角地区臭氧与细颗粒物污染的协同控制提供科学支撑。