我國PM2.5與臭氧污染協同控制策略研究.pdf

第３２卷第１０期２０１９年１０月環境科學研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ . ３２ ? Ｎｏ . １０Ｏｃｔ . ? ２０１９收稿日期２０１９￣０８￣１９修訂日期２０１９￣０９￣２２作者簡介李紅１９６９￣ ? 女 ? 湖北洪湖人 ? 研究員 ? 博士 ? 主要從事大氣光化學機理與臭氧污染防治、有毒有害有機物環境影響研究 ? ｌｉｈｏｎｇ＠ｃｒａｅｓ . ｏｒｇ . ｃｎ . ? 責任作者 ? 柴發合１９５５￣ ? 男 ? 陜西大荔人 ? 研究員 ? 博導 ? 中國環境科學研究院大氣領域首席科學家 ? 主要從事大氣污染控制與環境管理研究 ? ｃｈａｉｆｈ＠ｃｒａｅｓ . ｏｒｇ . ｃｎ基金項目北京市科委首都藍天行動培育專項Ｎｏ . Ｚ１８１１００００５４１８０１５ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＣａｐｉｔａｌＢｌｕｅＳｋｙＡｃｔｉｏｎＴｒａｉｎｉｎｇＰｒｏｊｅｃｔｆｒｏｍＢｅｉｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ? ＣｈｉｎａＮｏ . Ｚ１８１１００００５４１８０１５我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制策略研究李紅１ ? 彭良１ ? ２ ? 畢方１ ? 李陵１ ? 鮑捷萌１ ? 李俊玲１ ? 張浩１ ? ３ ? 柴發合１ ? １ . 中國環境科學研究院 ? 環境基準與風險評估國家重點實驗室 ? 北京１０００１２２ . 西南石油大學化學化工學院 ? 四川成都６１０５００３ . 中國地質大學北京數理學院 ? 北京１０００８３摘要近年來 ? 我國大氣污染格局發生了深刻變化 ? ＰＭ２ ?? ５與臭氧Ｏ３成為影響我國城市和區域空氣質量的主要空氣污染物 ? 二者協同控制已成為我國空氣質量改善的焦點和打贏藍天保衛戰的關鍵 . ＰＭ２ ?? ５與臭氧之間具有復雜的關聯性 ? 使得二者的協同控制具有復雜性與艱巨性 . 分析了ＰＭ２ ?? ５與臭氧成因的關聯性及其相互影響 ? 闡明了ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制所涉及的重要科學問題 ? 并在此基礎上研究了目前我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧的污染形勢及二者的關聯性 ? 梳理了我國自２０１３年以來在ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染控制中已采取的重要舉措 ? 論述了目前我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧協同控制在科學與管理上所面臨的挑戰 . 結合對國外成功經驗的分析 ? 提出推進我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制工作的相關建議 ① 加快監測能力建設 ? 完善管理體系 ? ② 強化科技支撐 ? 提高ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染控制精準性 ? ③ 加快構建ＶＯＣｓ與ＮＯｘ治理技術體系 ? ④ 加大ＶＯＣｓ與ＮＯｘ的協同減排力度 ? 保障減排方案落實到位 . 關鍵詞ＰＭ２ ?? ５ ? 臭氧 ? 耦合機制 ? 協同控制 ? 控制策略中圖分類號Ｘ５１３文章編號１００１￣６９２９２０１９１０￣１７６３￣１６文獻標志碼ＡＤＯＩ１０ ?? １３１９８ ∕ ｊ ?? ｉｓｓｎ ?? １００１￣６９２９ ?? ２０１９ ?? ０９ ?? １８ＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄＯｚｏｎｅｉｎＣｈｉｎａＬＩＨｏｎｇ１ ? ＰＥＮＧＬｉａｎｇ１ ? ２ ? ＢＩＦａｎｇ１ ? ＬＩＬｉｎｇ１ ? ＢＡＯＪｉｅｍｅｎｇ１ ? ＬＩＪｕｎｌｉｎｇ１ ? ＺＨＡＮＧＨａｏ１ ? ３ ? ＣＨＡＩＦａｈｅ１ ? １ . ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＣｒｉｔｅｒｉａａｎｄＲｉｓｋＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ? ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ ? Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２ ? Ｃｈｉｎａ２ . ＣｏｌｌｅｇｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ? ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ? Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００ ? Ｃｈｉｎａ３ . ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ? ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ ? Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３ ? ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｔｔｅｒｎｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａｈａｓｕｎｄｅｒｇｏｎｅｐｒｏｆｏｕｎｄｃｈａｎｇｅｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ? ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｍｏｓｔａｐｐａｒｅｎｔｉｎｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｂｏｔｈＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅａｒｅｍａｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｆｆｅｃｔｉｎｇａｉｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｕｒｂａｎａｎｄｒｅｇｉｏｎａｌａｒｅａｓｏｆＣｈｉｎａ . Ａｓａｒｅｓｕｌｔ ? ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｉｒｑｕａｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｏｗｉｎｎｉｎｇｔｈｅｂａｔｔｌｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｙｅａｒｐｌａｎｏｎｄｅｆｅｎｄｉｎｇｔｈｅｂｌｕｅｓｋｙｉｎＣｈｉｎａ . Ｈｏｗｅｖｅｒ ? ｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ . Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ? ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅ ? ａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ ? ａｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｉｓｓｕｅｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｗｅｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄ . Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｂｏｖｅａｎａｌｙｓｉｓ ? ｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｉｎＣｈｉｎａａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ? ｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｔｈａｔＣｈｉｎａｈａｄｔａｋｅｎｉｎＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｉｎｃｅ２０１３ｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ ? ａｎｄｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｍａｎａｇｅｒｉａｌｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｏｆｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｉｎＣｈｉｎａｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ . Ｆｉｎａｌｌｙ ? ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｆｏｒｅｉｇｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓｉｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ￣ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅ ? ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｐｕｓｈｉｎｇｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｉｎＣｈｉｎａｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ . １Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｓｈｏｕｌｄｂｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ? ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ ? ２ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｕｐｐｏｒｔｓｈｏｕｌｄｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＰＭ２ ?? ５ａｎｄｏｚｏｎｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ? ３ＴｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＶＯＣｓａｎｄＮＯｘｓｈｏｕｌｄｂｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ? ４ＴｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＶＯＣｓａｎｄＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｍｐｌｉｆｉｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｉｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｔｈｅｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ . ＫｅｙｗｏｒｄｓＰＭ２ ?? ５ ? ｏｚｏｎｅ ? ｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ ? ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ ? ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ環境科學研究第３２卷自２０１３年 ? 大氣污染防治行動計劃 ? 實施以來 ? 我國施行了一系列較為嚴格的污染物排放標準和污染控制措施 [ １ ] . 目前我國的環境空氣質量已有明顯的改善 [ ２ ] ? ρ ＰＭ２ ?? ５大幅下降 ? 以ＰＭ２ ?? ５為首要污染物的超標天數比例在降低 ? 空氣重污染的天數也明顯減少 ? 藍天天數明顯增加 [ ３ ] . 與此同時 ? 近年來我國環境空氣臭氧污染問題凸顯 [ ４￣５ ] 在區域尺度上 ? 臭氧污染程度和范圍在不斷擴大 ? 在時間尺度上 ? 臭氧污染在春季已明顯顯現 ? 污染出現的月份呈提早出現的趨勢 ? 在污染程度上 ? ρ Ｏ３年評價值〔 ρ Ｏ３日最大８ｈ平均值第９０百分位數〕為輕微污染的城市數量呈增加趨勢 ? 甚至出現了 ρ Ｏ３年評價值為中度污染的城市 . 在我國很多地區 ρ ＰＭ２ ?? ５雖然下降了 ? 但是空氣優良天數的比例卻沒有增長 ? 甚至出現下降 ? 該現象引起了廣泛關注 [ ６￣８ ] . 有研究 [ ９ ] 發現 ? ρ Ｏ３的上升受顆粒物濃度下降的影響 ? 同時 ? ＰＭ２ ?? ５中二次氣溶膠的比例不斷增加 ? ＮＯ３－與ＳＯＡｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｒｇａｎｉｃａｅｒｏｓｏｌ ? 二次有機氣溶膠的質量濃度降幅低于ＰＭ２ ?? ５ [ １０ ] ? 嚴重的霧霾污染在很大程度上是由二次氣溶膠所造成的 [ １１ ] . 綜上 ? 當前臭氧已經成為繼ＰＭ２ ?? ５之后我國環境空氣中另一種主要超標污染物 [ ５ ] . 雖然ＰＭ２ ?? ５污染減輕了 ? 但許多城市 ρ ＰＭ２ ?? ５尚未達到ＧＢ３０９５２０１２ ? 環境空氣質量標準 ? 二級標準 ? ＰＭ２ ?? ５中二次組分濃度的下降是未來ＰＭ２ ?? ５控制的重點 [ １２ ] . 因此 ? ＰＭ２ ?? ５與臭氧是目前影響我國環境空氣質量的重要空氣污染物 [ １３ ] ? 已成為制約我國下一步空氣質量改善的重要因素 . 為持續改善我國環境空氣質量 ? 確保空氣質量優良率 ? 明顯增強人民的藍天幸福感 [ １４ ] ? 并協同減少溫室氣體 ? 需要從大氣污染防控戰略的角度 ? 高度重視ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制 . 研究 [ １５￣１６ ] 表明 ? ＰＭ２ ?? ５與臭氧的生成存在著復雜的聯系 ? 二者不僅具有共同的前體物 ? 而且在大氣中通過多種途徑相互影響 . 因此 ? ＰＭ２ ?? ５與臭氧的協同控制具有艱巨性 ? 將是我國下一階段改善空氣質量面臨的嚴峻挑戰之一 [ ９ ? １２ ] . 該研究在分析ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染形成的關聯性及其相互影響 ? 闡明ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制所涉及的重要科學問題基礎上 ? 論述目前我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧協同控制在科學與管理上所面臨的挑戰 ? 結合對國外成功經驗的分析 ? 提出有關我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制工作的相關建議 ? 以期為促進我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制提供科學支撐 . １ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染成因關聯性與重要科學問題１?? １ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染形成的關聯性與相互影響大氣顆粒物與臭氧的相互作用問題主要體現在３個方面 [ ５ ? ７ ] ① ＰＭ２ ?? ５與臭氧的生成具有共同來源 ? ＮＯｘ和ＶＯＣｓ是二者生成的共同前體物 ? 通過氣體￣顆粒物轉化過程形成的ＳＩＮｓｅｃｏｎｄａｒｙｉｎｏｒｇａｎｉｃａｅｒｏｓｏｌ ? 二次無機氣溶膠和ＳＯＡ等與臭氧的形成存在相互依存的關系 ? ② 氣溶膠影響光化學輻射通量 ? 從而影響光化學反應過程及臭氧的生成 ? ③ 氣溶膠參與非均相異相化學反應過程 ? 大量的氣溶膠粒子表面提供了豐富的化學反應床 ? 導致化學反應過程更加復雜化 . １ ?? １?? １ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染成因的關聯性ＰＭ２ ?? ５是重要的大氣污染物 ? 其化學組成復雜 ? 主要包括ＳＯ４２－、ＮＯ３－、ＮＨ４＋、有機物等 [ １７￣１８ ] . 按成因的不同 ? ＰＭ２ ?? ５組分可分為一次組分與二次組分 . 一次組分是指天然源如土壤塵、火山灰、海鹽粒子等與人為源如燃煤、機動車、工業生產等直接排放到大氣中的顆粒物 ? 如元素碳、礦物塵和重金屬元素等 [ １９ ] ? 二次組分是指ＳＯ２、ＮＯｘ、ＮＨ３和ＶＯＣｓ等污染物在大氣中經過復雜的化學反應而形成的顆粒物 [ ２０￣２１ ] ? 如ＳＯ４２－、ＮＯ３－、ＮＨ４＋等ＳＩＮ及ＳＯＡ見圖１ . 通常認為 ? 形成ＰＭ２ ?? ５二次無機組分的化學途徑主要包括氣相光化學氧化反應、顆粒物表面的非均相反應和顆粒物內部的液相氧化反應等 [ ２２￣２３ ] . ＳＯ２和ＮＯｘ在大氣中通過均相和非均相反應被氧化成ＳＯ４２－和ＮＯ３－ . 氣相路徑為ＳＯ２和ＮＯｘ在氣相中氧化生成Ｈ２ＳＯ４和ＨＮＯ３ ? 液相路徑為ＳＯ２和ＮＯｘ被吸收進入液相后 ? 在液相中被氧化成ＳＯ４２－和ＮＯ３－ ? 除此之外 ? ＳＯ２和ＮＯｘ還可以在氣液界面發生多相氣液反應轉化成ＳＯ４２－和ＮＯ３－ [ ２４￣２５ ] . 大氣中ＳＯ２氣相氧化過程由 ?? ＯＨ的反應主導 [ ２６ ] ? 液相氧化途徑是溶解后的ＳＯ２被臭氧、Ｈ２Ｏ２、Ｏ２、 ?? ＯＨ及ＮＯ２氧化從而生成ＳＯ４２－ . ＮＯ３－主要受ＮＯｘ的氣相氧化驅動 ? ＮＯ２與 ?? ＯＨ發生均相反應是白天對流層中ＮＯ３－最主要的形成路徑 [ ２７ ] ? Ｎ２Ｏ５夜間發生的水解反應在ＮＯ３－的形成過程中也起到重要作用 [ ２８ ] . ＮＨ４＋主要來自大氣中ＮＨ３與酸性氣體Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３等的反應 ? 通過氣態￣顆粒態的轉化過程生成顆粒態的ＮＨ４＋ ? 也可在中和ＳＯ４２－、ＮＯ３－的氣溶膠成核過程中生成 [ ２９￣３０ ] . ＶＯＣｓ主要通過大氣光氧化過程、成核過程、凝結和氣 ∕ 粒分配過程及非均相反應等化學過程生成ＳＯＡ [ ３１ ] . 氣相氧化過程是大氣中有機物揮發性演化初級過程 ? 自由基通過摘取有機物中的氫原子或在碳碳雙鍵間加成引起氧化反應 [ ３２ ] . 氣態ＶＯＣｓ與大氣４６７１第１０期李紅等我國ＰＭ２ ?? ５與臭氧污染協同控制策略研究中的 ?? ＯＨ、ＮＯ３ ?? 和臭氧等大氣氧化劑發生光氧化反應生成揮發性和蒸氣壓不同的一次氧化產物 ? 蒸氣壓較高的產物以氣相形式進入大氣環境 ? 蒸氣壓較低的產物即ＳＶＯＣｓｓｅｍｉ￣ｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ? 半揮發性有機物則是生成ＳＯＡ的前體物 . ＳＶＯＣｓ通過均相成核作用生成新粒子 ? 然后通過凝結和氣 ∕ 粒分配等物理過程使得氣溶膠質量增加 . 生成的ＳＯＡ還可以通過顆粒相表面的非均相化學反應和內部的液相氧化反應等生成新的ＳＯＡ . 同樣 ? 一次來源的ＳＶＯＣｓ也可以通過成核作用、凝結過程和氣 ∕ 粒分配過程及顆粒相的化學反應生成ＳＯＡ . 此外 ? 有機物還可通過直接凝結在顆粒物上形成ＳＯＡ ? 也可通過物理或化學過程吸收或吸附在顆粒物的內部而形成ＳＯＡ . 臭氧是天然大氣中重要的微量成分 ? 對流層臭氧主要來源于天然源和人為源排放ＮＯｘ、ＣＯ、ＶＯＣｓ的大氣光化學反應過程和平流層的輸入 [ ３３￣３４ ] . 臭氧是對流層重要的光化學氧化劑 ? 對大氣氧化性有重要影響 ?同時臭氧是僅次于ＣＯ２和ＣＨ４的第三大溫室氣體 [ ３５ ] ? 具有導致全球氣候變暖的效應 ? 并且會對人類健康和生態系統產生不利影響 [ ３６ ] . 研究表明 ? 環境空氣中臭氧污染形成機理復雜 ? 與其前體物ＮＯｘ和ＶＯＣｓ存在復雜的非線性關系 [ ３７ ] ? 同時也受氣象因素、排放源變化、區域傳輸、全球背景、全球氣候變化等方面的影響 [ ２ ] . 由于ＰＭ２ ?? ５與臭氧有共同的前體物ＮＯｘ與ＶＯＣｓ ? 并且均受氣象因素的影響 ? 并且ＰＭ２ ?? ５中二次組分的生成過程受大氣氧化性的影響 ? 因此ＰＭ２ ?? ５與臭氧在大氣轉化過程中具有密切的關聯性見圖１ . ＰＭ２ ?? ５中ＳＯ４２－、ＮＯ３－、ＳＯＡ的生成過程主要受大氣氧化過程的影響 ? 白天與夜晚的主要氧化劑分別為 ?? ＯＨ和ＮＯ３ ?? [ ３８￣３９ ] ? 而大氣自由基主要來源于臭氧、ＨＯＮＯ、Ｈ２Ｏ２、ＲＯＯＨ、ＲＣＨＯ、ＯＶＯＣｓ等光解及臭氧與ＶＯＣｓ的反應 ? 自由基之間也可以相互轉化 [ ２３￣２４ ? ３７ ? ４０￣４２ ] ? ＰＭ２ ?? ５則可與來源復雜的大氣微量氣體特別是臭氧及其前體物相互作用 ? 干擾地球的輻射強度 [ ４３ ] 或為多相反應提供反應表面 [ ４４ ] ? 從而影響臭氧的生成 . 注ｈ ν 表示光照 . 虛線箭頭表示復雜多步反應 . 加粗文字表示生成的二次產物 . ｇ表示氣態 ? ｌ表示液態 . 圖１對流層中二次氣溶膠和臭氧生成機制示意圖 [ ２３￣２４ ? ３７ ? ４０￣４２ ] Ｆｉｇ . １Ａｓｃｈｅｍａｔｉｃｐｉｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙａｅｒｏｓｏｌａｎｄｏｚｏｎｅｉｎｔｈｅｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ [ ２３￣２４ ? ３７ ? ４０￣４２ ] １?? １?? ２ＰＭ２ ?? ５與臭氧的相互影響除污染成因方面具備關聯性之外 ? ＰＭ２ ?? ５與臭氧之間也存在著十分復雜的交互作用 ? 二者的濃度也彼此間相互影響 . 氣溶膠復雜的理化特性會對近地面臭氧的生成和損耗過程產生影響 [ ４５ ] ? ＰＭ２ ?? ５通過改變大氣動力學和光分解速率來直接影響臭氧的濃度 ? 也可通過影響云光學厚度和非均相反應過程而間接影響臭氧的濃度 [ １５￣１６ ? ４６ ] ? 而臭氧則主要通過影響 ?? ＯＨ、Ｈ２Ｏ２、ＲＣＨＯ等氧化劑的濃度來影響ＮＯ３－、ＳＯ４２－和ＳＯＡ的生成 [ ４７ ] . 氣溶膠粒子可以極大地改變氣溶膠的光學厚度ａｅｒｏｓｏｌｏｐｔｉｃａｌｄｅｐｔｈ ? ＡＯＤ ? 其對輻射的吸收作用能影響到達地面的輻射強度 ? 由此產生的光解衰減可以減少臭氧的生成 ? 同時氣溶膠粒子也能改變大氣動力學系統 ? 使溫度降低和邊界層下降 ? 導致污染物在地表聚集 [ ４８ ] . 氣溶膠可以通過散射作用來擴散太陽輻射 ? 增加邊界層內的輻射通量與強度 [ ４９ ] ? 當氣溶膠濃度適度增加且不太高時 ? 氣溶膠表面ＮＯｘ的光解５６７１環境科學研究第３２卷速率會被增強 ? 有利于臭氧的生成 . ＸＩＮＧ等 [ １５ ] 利用ＷＲＦ￣ＣＭＡＱ模型探究了大氣動力學和光解速率對我國２０１３年冬季和夏季臭氧濃度的影響 ? 結果表明 ? 大氣動力學和光解速率的變化使我國１月地面 ρ Ｏ３日最大１ｈ值的降幅達３９ μ ｇ ∕ ｍ３ ? 而７月卻增加了４ μ ｇ ∕ ｍ３ . 氣溶膠還可以通過成云凝結核使云滴數濃度增加 ? 減少云滴有效半徑、增加云的光學厚度、散射太陽輻射、改變太陽輻射強度 ? 從而影響大氣氧化性和臭氧的生成 . 除此之外 ? 氣溶膠粒子能改變大氣非均相反應過程 ? 顆粒物表面發生Ｎ２Ｏ５的水解及對ＨＯ２ ?? 的吸收 ? 減少了臭氧的前體物 ? 從而可以阻滯臭氧的產生 [ ５０ ] . 在我國東部污染區域 ? 氣溶膠表面非均相化學反應強度變化比輻射強度變化可導致 ρ Ｏ３下降２０４０ μ ｇ ∕ ｍ３ [ ５１ ] . 我國華北平原２０１３２０１７年 ρ ＰＭ２ ?? ５下降約４０％ ? 減少了氣溶膠吸收的ＨＯｘ ? 大氣氧化性增強 ? 這可能是近年來華北平原臭氧濃度增加的重要影響因素 ? ρ ＰＭ２ ?? ５下降導致的臭氧濃度增加比ＮＯｘ減排所導致的臭氧濃度降低的幅度更大 [ ５ ] . ＰＭ２ ?? ５中二次轉化微觀機理十分復雜 ? ＳＩＮ和ＳＯＡ等組分的快速生成助推了ＰＭ２ ?? ５爆發式增長 ? 不同時