近年来,臭氧（O3）和细颗粒物(PM2.5)污染已经成为中国城市大气环境的主要问题。二次生成的O3和包含大量二次无机和有机组分的PM2.5均受到大气氧化性和一次污染物排放的影响。作为对流层大气中重要的氧化剂,羟基自由基（·OH）的一个重要来源是亚硝酸（HONO）的光解。理解大气中HONO的来源及HONO化学对大气氧化性和二次污染物形成的影响,对PM2.5和O3污染的协同控制均有重要意义。本研究基于研究报道的HONO非均相化学生成机制的最新成果,改进社区多尺度空气质量模型（Community Multiscale Air Quality,CMAQ）的化学机制模块,利用天气研究及预报模型（Weather Research and Forecasting,WRF）模式模拟的气象场数据,再结合气象、大气污染物观测数据以及排放清单数据,探讨了不同物理化学过程对HONO产率的贡献,以及对大气氧化剂和大气氧化能力的影响。同时本研究也评估了HONO直接排放对大气HONO浓度及大气氧化能力的影响。此外,本研究通过对氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）排放情景的模拟探讨了NOx和VOCs排放变化对HONO、PM2.5和O3的影响,以期为PM2.5和O3的控制提供理论支撑。主要研究结果如下:（1）由2018年长三角地区的污染时空特征和污染案例分析得到:PM2.5和O3日最大8小时滑动平均值（the Maximum 8-Hour Average O3,MDA8 O3）的年均浓度呈现出南部地区低北部地区高的趋势。观测数据显示,PM2.5平均浓度在1月和2月最高（80μg/m3和60μg/m3）,MDA8 O3在6月最高达71ppb,PM2.5和O3复合污染在4月发生的天数最多。因此,本研究选取2018年2月、4月和6月开展空气质量模拟研究。在PM2.5和O3复合污染期间,PM2.5和O3以及二者和二氧化氮（NO2）、HONO的相关性高,表明它们之间存在相互影响或共同影响因素。（2）采用WRF-CMAQ模式,对CMAQ模式默认的HONO化学机制的案例（ORI情景）和新增HONO排放源并改进HONO化学生成机制模块的案例（REV情景）进行模拟研究和对比,发现REV情景的HONO模拟浓度与观测浓度更接近,例如2018年2月、4月和6月的标准平均偏差（Normalized Mean Bias,NMB）分别为4.06%、-0.31%和2.52%。且REV情景能更好地模拟出HONO的昼夜变化特征,尤其是夜间HONO模拟浓度获得明显提升。从区域来看,ΔHONO浓度（REV和ORI情景的HONO模拟浓度之差）在长三角地区北部更高（>1ppb）。使用基于CMAQ模型的过程分析（Process Analysis,PA）模块进行HONO的形成过程贡献分析,REV情景下,长三角地区全天以NO2在地面的非均相生成为主,并且白天的HONO产率高于夜间。在2018年6月,HNO3+Na NO2反应在白天所有HONO生成化学反应中的相对重要性进一步增加。HONO光解（HONO+hv）和总传输守恒贡献（TRNM）是HONO主要的汇。（3）从长三角区域的大气氧化能力（Atmospheric Oxidation Capacity,AOC）和二次污染物浓度的日变化和空间分布来看,白天总AOC高于夜间。相比ORI情景,REV情景中的AOC分别增加了38.6%～81.3%,白天·OH对AOC的贡献率大于90%。REV情景倾向于增加高AOC区域（在江浙沪交界处最高）。2月ΔPM2.5(REV情景相比ORI情景的PM2.5浓度的增量)在PM2.5高浓度区域升高而在PM2.5低浓度区域下降（主要是ΔNO3-普遍下降）,但是4月和6月则表现出整个区域PM2.5的增长,而且在整个区域内SO42-、二次有机气溶胶（Secondary Organic Aerosols,SOA）、MDA8＿O3浓度的变化量均表现为升高。通过PM2.5和MDA8 O3模拟浓度与观测值的对比发现,在CMAQ模式中改进HONO化学机制模块和增加HONO直接排放可显著提升HONO的模拟能力,并且研究结果显示HONO、MDA8 O3、SOA和SO42-浓度的增长率在污染日与HONO浓度的相关性较好,表明污染时期的大气氧化性较高。（4）在改进HONO化学机制的基础上模拟,对人为源排放的NOx和VOCs实施排放控制,能更完善地反应大气化学过程,更准确地体现前体物减排及HONO化学对AOC和二次污染物形成的影响。分析HONO、PM2.5和O3对VOCs和NOx排放变化的响应关系,发现长三角地区HONO浓度在NOx单独减排时快速降低,在VOCs单独减排时则略升高,并与NOx排放变
暂无评论