山东省臭氧污染特征及驱动因素区域差异化研究

作     者：李明燕 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘厚凤

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：山东省 臭氧污染特征 前体物 气象因素 

摘      要：近年来,山东省臭氧(O)污染问题愈加严重,呈现显著的“本地化特征,分析不同地区臭氧污染特征与其前体物的非线性响应关系及气象成因对缓解该地区的臭氧污染有重要意义。本研究基于2018-2019年臭氧常规监测数据,以臭氧污染高发期5-9月为重点研究时段,探讨了山东省6个典型城市臭氧超标天和非超标天臭氧浓度与其前体物和气象因子之间的演变关系,分析了6个城市臭氧污染特征及前体物和气象驱动因素差异,主要结论如下:(1)统计表明,山东省臭氧高浓度主要出现于3-10月(2018年)或5-9月(2019年),MDA8 O浓度最大值均出现在6月。空间分布特征为内陆城市比沿海城市超标严重。臭氧浓度时间变化特征区域差异明显,沿海地区昼间、夏季臭氧浓度均低于内陆,夜间、冬季高于内陆,与气温日、年变化特征有一致性。沿海O浓度年变化一般有二个高值,内陆有一个最高值。O日变化内陆和沿海均呈“单峰型。济南、济宁、临沂和青岛“周末效应明显,威海有“反周末效应,德州存在弱“周末效应现象。(2)2019年臭氧污染高发期(5-9月)6个典型城市O超标天和非超标天臭氧浓度与前体物和PM的演变分析表明,CO、PM和NOx日变化特征为“双峰型,VOCs日变化呈“三峰型,凌晨2:00-4:00的小峰值与夜间VOCs转化少积累多有关。超标天O在整个时段都比非超标天高,臭氧污染时期其他前体物也存在累积。六城市O与主要前体物NOx和VOCs相关性更好。(3)从人为驱动因素来看,根据VOCs/NOx初步判断六城市为VOCs控制区;OBM模型模拟O光化学敏感性分析表明,德州、临沂和威海臭氧生成处于NOx和VOCs协同控制,济南、济宁和青岛为VOCs控制,且存在NOx单独减少的不利效应。从AHC物种看,德州、济南、济宁、临沂和青岛削减烯烃,威海削减烷烃对控制O污染更有效。(4)利用L和OFP计算不同VOCs组分的光化学活性发现,内陆城市烯烃(58.50%-71.80%)活性强,烷烃和芳香烃(5.30%-24.10%)次之;沿海城市烯烃(36.80%-49.90%)、烷烃(23.00%-47.30%)和芳香烃(15.30%-31.50%)活性较强。C2-C5烷烃、C2-C5烯烃、乙炔、异戊二烯、甲苯和C8-C9芳香烃为关键物种。通过特征比值法分析,机动车、LPG(液化石油气)和NG(天然气)、工业排放和燃煤源均是VOCs的重要排放源。(5)从气象驱动因素来看,德州与气温和相对湿度,济南与气温和气压,济宁与气温,临沂和能见度的相关性好,青岛和威海与分析的气象因子相关性较弱。高温(气温20℃),长日照(8 h),地面气压为低压控制(980-1010 h Pa),六城市均易出现高浓度O。内陆和沿海城市高浓度O出现时湿度和风速差异大,内陆城市湿度达到30%-75%,风速为4-6 m·s;沿海城市湿度达到20%-80%,风速为6-8 m·s。对O超标天进行24 h后向轨迹聚类,六城市高浓度O主要来自省内和周边省市,尤其以山东以南的河南、安徽和江苏输送为主;沿海城市气流轨迹基本不受东向海上气团影响。因此需要加强城市区域间的合作,共同致力于O防控。