利用试验设计法判断臭氧生成敏感性及关键VOCs物种识别研究
对流层臭氧（O3）是前体物在大气中发生复杂光化学反应生成的二次污染物，其生成与前体物之间存在复杂的非线性关系。自2013年我国实施一系列严格大气污染防治方案以来，NOx等一次污染物的浓度明显下降，但大部分城市地区O3污染状况并未得到明显改善，且由于各地区污染物浓度水平和种类的不同， O3对前体物减排的响应存在显著地区差异。目前已有构建O3和前体物关系的方法在效率和准确性方面具有一定的局限性，想要高效制定合理的污染控制措施，需要对现有方法的不足进行改进。基于上述问题，本文基于仅考虑光化学反应的盒子模式，分别利用三种试验设计方法整体评估了11种重要前体物及其交互作用对O3生成影响的重要性、量化了关键前体物对O3生成的贡献、并探究了不同种类VOCs占比对EKMA的影响，为快速准确判断O3生成敏感性提供了新的思路和方法。通过基于观测的模式（OBM）对7个O3超标天的过氧自由基（RO2/HO2）生成机制进行分析，实现了对RO2/HO2贡献较大VOCs物种的识别，为制定VOCs的精准减排策略提供科学支撑。主要结论如下： （1）参考典型石油化工城市（兰州）和煤化工工业城市（乌海）的臭氧前体物种类及其浓度水平范围，首先利用部分因子设计法得到，在VOCs控制区内各前体物对臭氧日最大生成浓度（O3max）影响重要性排序为NO＞O3＞烯烃＞烯烃和NO交互项＞烯烃和NO2交互项＞NO2＞NO和NO2交互项＞O3和NO交互项＞芳香烃＞OVOCs和HONO交互项＞CO＞芳香烃和NO2交互项＞烷烃＞烯烃和O3交互项＞芳香烃和NO交互项，其中烯烃和芳香烃与NOx的交互作用对O3max存在负贡献，表明同时减低VOCs和NOx的浓度，能有效缓解NOx减排对O3生成的促进作用。其次利用响应曲面法量化烯烃对O3生成的贡献，当φ(烯烃)/[φ(NOx)?15]＜1.10且φ(烯烃)＜35 ppb时，烯烃有利于O3的生成。最后利用混料设计法探究不同种类VOCs占比对O3等值线的影响，结果显示当烯烃占比增加时，等值线范围内O3峰值浓度增加，烯烃的一次项系数为4.56；当烯烃含量一定时，烷烃、芳香烃和OVOCs占比变化对O3峰值浓度影响较小，其一次项系数分别为2.46、2.63和2.10。综上部分因子设计、响应曲面和混料设计三种试验设计方法的结合，可有效探究不同种类前体物对环境空气中臭氧浓度的影响。 （2）根据过氧自由基（RO2/HO2）的来源差异将其分为一次、一/二次和二次RO2/HO2，基于AtChem-MCM模式对2020.08.25~2020.09.15日中7个O3污染超标天进行模拟，结果显示二次RO2/HO2对NO+RO2/HO2→NO2反应速率贡献较大，其7天平均日贡献占比为76.92%，其中CH3O2和CH3CO3是将NO转化为 NO2的优势二次 RO2物种，对 NO+RO2(二次)反应速率贡献＞35%。以2020.09.06日为例，通过分析CH3O2、CH3CO3和二次HO2具体生成途径，识别关键VOCs物种为：丙烯、二氯乙烯、顺-2-丁烯、2-戊烯等。
臭氧生成敏感性;挥发性有机污染物;物种识别;试验设计法
兰州大学
硕士
大气科学
陈强
2023
中文
X51;X502
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）