对流层臭氧日变化特征及其前体物研究进展

王少龙　路珍珍（长安大学，陕西　西安　710064）

对流层臭氧日变化特征及其前体物研究进展

王少龙路珍珍（长安大学，陕西西安710064）

臭氧是城市污染大气中的首要光化学污染物，其变化规律与前体物关系密切。对城市大气环境中臭氧变化特征以及臭氧与其前体物之间相关性的研究有助于了解城市大气污染的变化规律，可以为制定有效的环境调控政策提供科学依据。本文重点综述了对流层臭氧的产生、臭氧日变化特征以及臭氧与其前体物的相关性，并结合我国实际情况，提出了对流层臭氧尚待深入开展研究的一些重要科学问题。

对流层；臭氧；前体物

O3是天然大气的重要微量成分，约90%的O3存在于平流层，仅有10%左右的O3分布在对流层中［1］。随着经济的发展、城市规模的扩大、人口的激增和机动车保有量的增加，近地面层臭氧污染这一环境问题日益突出［2］。城市低层大气中臭氧主要是由人类活动排放的VOCs、NOx和CO等前体物在合适的气象条件下反应生成的。

1　对流层臭氧的生成

NO2在波长≤420nm的日光照射下，会光解生成O3，而O3一旦生成，就可以与NO再反应重新生成NO2。

上诉反应是个快速循环过程，在一定条件下会达到光化学稳态平衡，不会造成臭氧总量的增加。而实际大气中过氧自由基的参与，替代了反应R3中的O3，使NO向NO2转化不消耗O3。

随之发生R1和R2的反应，从而破坏NO2-NO-O3的光解循环，最终造成O3的累积。

同时，O3还通过一些化学反应从大气中消除，

故O3的净生成率为光化学总额生成速率和光化学去除率之差。

2　臭氧的日变化特征及与前体物相关性研究现状

2.1臭氧的日变化特征

臭氧浓度高低与气象条件的关系极为密切，有着典型的日变化规律。臭氧浓度呈现单峰型分布，夜间由于生成O3的光化学反应较弱，而NO不断消耗O3，臭氧浓度一般在06:00～07:00达到最低值。8:00开始，随着太阳辐射的增大和温度的升高，生成O3的光化学反应增强，O3浓度开始积累升高，在15:00左右达到峰值之后又随着太阳辐射的减少而降低。

2.2臭氧与前体物的相关性

NOx浓度日变化呈现双峰型分布，其日变化规律与臭氧具有负相关性，且NOx的日变化主要是NO的日变化造成。NO也呈双峰型分布，2个峰值分别出现在08:00和23:00左右。其08: 00左右的峰值是由城市交通早高峰造成，而23:00左右的峰值是由于夜间柴油机动车尾气的大量排放。对于NO2来说，在NO出现最小值之后由于太阳辐射的减弱，NO转化为NO2也减弱，夜间NO2光解反应停滞，同时NO和O3反应产生NO2，造成夜间NO2高值。

CO与NOX浓度日变化基本同步，即日间高、夜间低，呈双峰型分布，与臭氧存在负相关性。第一个峰值受清晨车流量高峰等因素的影响，出现在9:00左右，在17:00左右由于行车晚高峰的来临和太阳辐射的减弱，CO浓度开始上升，22:00左右达到另一个高峰。总体来看，O3浓度与CO浓度的相关性较差，主要原因是CO在大气化学反应中惰性相对较大，对O3浓度变化影响不及其他前体物。

O3浓度与各前体物浓度的相关性系数均为夏季最低，是因为夏季的高温和强辐射使得光化反应更加复杂，而同时O3的另一主要前体物VOC在高温下反应更为活跃，对O3高浓度的贡献增加，从而导致夏季O3与其他前体物的相关性减弱［3］。

3　结语

对流层臭氧问题目前面临的严峻现实是:对流层近地面臭氧浓度在不断升高，臭氧与其前体物之间的关系错综复杂，在白天强光照以及不利的扩散条件下可能产生严重光化学烟雾，造成严重的臭氧污染。一些重要的亟待深入研究的科学问题包括:（1）应结合我国实际情况，深入研究对流层中的臭氧生成以及光化学烟雾形成机理，特别是我国高颗粒物浓度下对流层臭氧形成的过程和机制。（2）系统全面研究对流层臭氧与气溶胶颗粒物以及与臭氧前体物等物种间的复杂耦合关系，深入开展大气氧化性和大气自净能力研究，将为城市和区域大气污染控制提供重要研究基础，为今后大气环境的全面治理提供重要依据。

［1］唐孝炎.大气环境化学［M］.北京:高等教育出版社，1990: 60-70.

［2］ClappLJ，JenkinME.Analysisoftherelationshipbetween ambientlevelsofO3，NO2andNOasafunctionofNOxinUK［J］.AtmosphericEnvironment，1995，29:923-946.

［3］安俊琳，王跃思，李昕等.北京大气中NO、NO2和O3浓度变化的相关性分析［J］.环境科学，2007，28（4）:706-711.