摘要
近年来我国PM2.5和O3复合污染问题日益凸显，以PM2.5和O3为关键污染物的大气复合污染，是“十四五”大气污染防治的重要任务，对其进行协同控制刻不容缓。本文收集了河北省11个城市2013~2020年空气质量在线监测数据，对河北省城市PM2.5-O3复合污染特征进行研究。在邯郸市开展了VOCs成分、NOx以及气象参数在线监测，结合国控站数据，分析PM2.5和O3及前体物之间的关系，以邯郸市为例进一步分析PM2.5-O3复合污染特征及成因。应用空气质量模型WRF-Chem对2017年1月、4月和6月空气质量进行模拟，并计算得到河北省PM2.5和O3水平和垂直层通量，由此推出模拟期间通量的主要传输路线，结合强力法计算河北南部城市PM2.5和O3浓度贡献，以期为河北未来的复合污染控制提供科学支持和决策依据。 研究结果显示，2013~2020年河北省PM2.5呈明显下降趋势，O3污染在2016~2019年整体呈上升趋势，河北省首要污染物由PM2.5向O3过渡，其中河北南部城市污染最为严重。对于河北省PM2.5-O3复合污染来说，2013~2016年污染天数略有下降，2017年后发生浮动，说明近年来复合污染情况具有不确定性；从月变化来看，复合污染发生在3~10月，峰值集中在5~7月。以邯郸市为例，当温度在21.0℃~29.0℃之间、湿度略高、气压偏低、风速较小时易形成复合污染。对PM2.5和O3之间相互作用研究发现，冬季PM2.5浓度超标时，SOR、NOR、SNA值随O3浓度升高而下降，PM2.5与O3呈负相关关系；夏季PM2.5浓度不超标时与冬季相反，超标后则逐渐下降；当PM2.5浓度超过125μg/m3后，几乎不再出现PM2.5-O3复合污染，且2013~2017年O3对PM2.5的影响增强。通过对邯郸O3生成敏感性分析得到，春冬季O3生成属于VOCs控制到NOx控制的过渡区，夏秋季属于NOx控制区，VOCs/NOx值位于4.0~8.0之间更容易形成PM2.5-O3复合污染。复合污染时NO3-浓度（15.8μg/m3）和OC浓度（23.4μg/m3）偏高，OC/EC值（5.0）最大，二次有机碳污染严重，说明控制能同时形成O3和二次有机气溶胶的高活性有机物更能够有效的减轻PM2.5-O3复合污染。 通过对WRF-Chem模拟进行评估表明，该模型能够较好地再现气象和污染物分布和变化情况，能够用于PM2.5-O3复合污染的模拟和评估。从水平总通量来看，1月和4月流入至河北南部城市的PM2.5和O3通量大于流出至相邻城市的通量，6月相反。整体来看，河北南部城市传输方向主要集中在南北方向，1月PM2.5通量由北向南传输且主要受近地层影响，4月PM2.5整体传输方向受高空层影响由北向南传输，其中邢台与邯郸之间相反；O3和6月PM2.5通量受到南部边界相邻城市的影响较大，在近地层和高空层路径一致为邯郸→邢台→石家庄。从垂直层通量来看，各垂直层传输方向主要为由上到下，1月PM2.5净通量数值大于O3，4月和6月相反。PM2.5近地层通量数值较大，而O3在高空层通量数值大于近地层。从河北南部城市及周边区域PM2.5和O3浓度贡献分析，发现PM2.5和O3均主要受本地源贡献影响最大，其中最大的是1月石家庄PM2.5本地源贡献达到51.7%，各月O3本地源贡献均超过了5.0%，其次邢台和邯郸还受到南部边界相邻城市的影响，进一步说明河北南部城市PM2.5-O3复合污染主要受本地及南部边界相邻城市影响。
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