摘要
目前，我国以细颗粒物(PM2.5)为代表的大气污染状况逐渐好转，而近地面臭氧污染呈现出加重的趋势。在珠三角、长三角等光化学活跃区，臭氧已成为首要的污染物，其对污染天数的贡献比例已经超过了PM2.5，成为制约我国空气质量持续改善的瓶颈问题之一。欧美发达国家的经验表明，臭氧污染控制较PM2.5污染控制要难得多，《国家臭氧污染源解析技术指南》明确指出，臭氧污染控制的难点主要体现在：1.臭氧可以远距离传输，控制臭氧污染必须厘清不同区域间的相对贡献；2.臭氧与前体物的关系呈非线性，削减前体物排放需符合一定比例且因地制宜；3.挥发性有机物来源复杂，精准控制难度大。 本研究瞄准上述臭氧污染防控中三项关键科学问题中的两项(1和2)，以阐明气象条件和不同区域前体物排放对臭氧污染的相对贡献、臭氧与前体物非线性响应关系为研究突破口，以识别长期趋势变化和影响因素为抓手，针对现有研究对臭氧区域性污染特征定量识别的不足和现有研究工具难以适用于长期变化研究这一局限性，创新性地将空间分析技术用以定量研究区域性污染特征，结合气象校正和来源解析技术构建了定量识别气象和本地与非本地排放对臭氧污染贡献的方法体系，开发了基于双维度互验的臭氧生成机制长期变化判别概念模型，对珠三角、长三角等典型区域臭氧污染长期变化特征和影响因素进行了量化分析。通过识别气象、本地排放和外围传输对臭氧污染贡献的长期变化趋势和臭氧生成机制的长期变化趋势，有助于我们深入了解气候变化背景下气象条件变化对臭氧污染的影响机制，评估多年来污染减排措施对臭氧污染的潜在影响，“以史为鉴”，以便更好地制定我国光化学活跃区臭氧污染防控短期和中长期策略，以期逐步遏制并扭转臭氧污染持续上升的势头，尽快达致臭氧与PM2.5协同控制的目标，保障公众健康。 本研究的主要成果和结论如下： (1)针对臭氧区域性污染特征定量研究不足问题，基于观测数据利用空间分析技术计算了莫兰指数对珠三角区域臭氧区域性污染特征的长期变化及其主控因素进行了识别，表征站点臭氧浓度大小空间聚集离散程度的全局莫兰指数(GM)整体为正值，表明整体上珠三角区域臭氧浓度相似的的站点呈现聚集的状态，2007-2017年期间特别是2007-2012年时间段珠三角区域臭氧浓度年际均值的GM呈现明显上升的趋势，表明随时间变化臭氧浓度水平相似的站点之间差异减小。聚集程度的大小只与本地排放和外围传输有关，长期范围内本地排放是区域性污染特征趋势变化的主导因素。月均值的GM在臭氧浓度水平较高的月份值高，在臭氧浓度水平较低的月份GM值较低甚至出现负值，表明臭氧浓度高的月份具有相似水平的站点聚集程度越高，而在臭氧浓度水平较低的月份聚集分布程度较差甚至出现随机分布的现象。局部莫兰指数(LM)结果和GM结果保持一致，主要结论为香港区域附近的站点处于臭氧浓度低水平站点被低水平站点包围的格局，而非香港区域的站点呈现臭氧浓度高水平站点被高水平站点包围的格局。 (2)在珠三角，2007-2018年期间随时间变化臭氧对气象的敏感性减弱，其中对太阳辐射及温度的敏感性增强，对相对湿度、风的敏感性减弱。空间上西部属于气象较敏感性区域，温度和太阳辐射在臭氧对气象敏感性的空间分布上起着主导性的作用，相对湿度和风前期主要影响南部最靠近海洋的区域且对臭氧起着稀释的作用，随着时间变化相对湿度的作用减弱，风对南部区域的稀释作用向增强作用转变，对北部的传输作用增强。 (3)在珠三角，气象校正结果表明2007-2017年期间整体情况下气象抑制了臭氧浓度上升的幅度，但是在臭氧高值期间气象对臭氧长期趋势变化的影响较小。外围传输在两种情况下长期范围内均呈现上升的趋势，整体情况下外围传输高值集中在中部及偏西南区域，而臭氧高值期间外围传输贡献高值集中在偏东北部区域。京津冀和华东、华东和广东地区外围传输贡献与其上风向区域臭氧浓度均值在时间序列变化上具有一致性，表明彼此之间存在着相互的影响。 (4)在珠三角，由于臭氧生成机制的差异，本地排放在整体情况和臭氧高值期间对不同站点的影响不同。整体情况下受中部较高浓度NOx排放的影响，本地排放对VOC控制的的西南区域臭氧生成起着消耗作用体现为负贡献，对NOx控制的东北区域起着促进生成的作用体现为正贡献，以NOx为主的减排使得本地排放对西南区域臭氧的消耗减少使得臭氧浓度上升，对东北区域的促进作用减少使得臭氧浓度下降。臭氧高值期间，在较多偏东风的作用下东北区域起着为下风向输送臭氧的“源”区域的功能导致本地排放体现为负贡献，而西南区域起着臭氧“沉降”作用使得本地排放体现为正贡献，以NOx为主的减排使得本地排放对NOx控制的东北和西南区域臭氧生成的促进作用减弱使得臭氧浓度下降，对VOC控制的中部区域NOx的滴定作用减弱使得臭氧浓度上升。 (5)在NOx和温度(VOC总活性)两个维度下，上海市和珠三角区域臭氧生成机制识别的结果均具有很好的一致性。对上海市来说空间上，由于受江浙区域较多NOx排放的影响，上海市整体上西部偏VOCR控制，东部偏NOx控制，整体上长期范围内随时间(2008-2019年)变化西部机制的变化较小，东部区域对NOx的敏感性增强，但是在中温和高温情况下西部对VOCR的敏感性增强，东部对NOx的敏感性增强。对珠三角来说，整体上中部偏过渡区，周边偏NOx控制，长期范围内随时间变化(2013-2018年)西部对NOx敏感性增强，东部对NOx敏感性减弱，其中低温时对VOCR的敏感性先增强后减弱，高温时东部对NOx的敏感性增强。两区域最大的差异为上海市区域西部臭氧生成机制受外部的影响较大导致机制在时间上变化较小，但是中温和高温条件下对VOCR的敏感性增强，而上海市东部以及珠三角区域前体物的减排对机制的影响较大。
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