中国的臭氧污染：对浓度，气象，化学前体物和影响的回顾外文翻译资料

英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

总环境科学575(2017)1582-1596。

中国的臭氧污染：对浓度，气象，化学前体物和影响的回顾

强调：

窗体顶端

···窗体底端

bull;对中国城市和农村地区的大气臭氧进行了研究。

bull;主题包括浓度，化学和气象过程以及影响。

bull;现有数据显示中国主要地区的臭氧污染严重恶化。

bull;需要来自国家网络的数据才能全面了解臭氧污染情况并评估其影响。

bull;需要制定控制臭氧前体物的战略。

摘要：

长期以来，世界城市和工业区域的高浓度臭氧一直是备受关注的空气质量问题。随着过去三十年中国化石燃料消费的快速增长，化学前体物 - 氮氧化物和挥发性有机化合物-的排放量急剧增加，超过了北美和欧洲的水平，并引发人们对中国臭氧污染的担忧。历史上，研究和控制优先考虑酸雨，颗粒物质和最近的细颗粒物（PM2.5）。 相反，人们对臭氧污染了解甚少，部分原因是至今为止缺乏对大气臭氧及其前体物的监测。本研究总结了中国城乡边界层臭氧和臭氧前体物特征，来源和过程，包括浓度水平，季节变化，有利于光化学和污染物运输的气象学因素，关键生成步骤和损失过程，臭氧对氮氧化物和挥发性有机化合物的依赖性以及臭氧对农作物和人类健康的影响。在中国主要的城市中心，如京津冀，长江三角洲和珠江三角洲，已经观察到超过环境空气质量标准100-200％的臭氧浓度，有限的研究表明臭氧对人体健康和农作物有害；并已经研究了导致臭氧污染的关键化学前体物和气象条件，并发现城市/地区间的臭氧输送对其具有重要意义。对关于地面臭氧的未来研究和政策制定提出了几点建议。

关键词: 中国臭氧污染的回顾；气象影响；化学前体物；对农作物和人类健康的影响。

1.介绍

对流层中的臭氧在化学和气候相关的痕量气体的氧化过程中起着中心作用，从而调节它们在大气中的生命周期。作为一种强氧化剂，地面O3对人体健康和植被是有害的。对流层O3也是第三重要的温室气体。由于它对空气质量和气候变化的重要性，O3在过去三十年中一直受到科学界和监管界的持续关注(例如，Monks 等人，2015；NARSTO，2000；NRC，1991)。

光化学烟雾 - 其特征是高浓度的O3，其他气体和微粒 - 是由于日光照射下氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOC）之间的化学反应(NRC, 1991)。这种空气污染最早出现于20世纪50年代的洛杉矶，在全世界主要的城市和工业地区都有发现。广泛的研究，主要在北美，已经调查了负责臭氧形成和运输的化学和气象过程，这些发现已经得到全面的调查研究(Hidy,，2000；Jenkin Clemitshaw，2000；Kleinman，2000；NARSTO，2000；NRC，1991；solomon等人，2000)。尽管对城市臭氧污染的研究始于20世纪80年代初的西部城市，但直到2000年代中期，中国才开始进行系统的研究和协调的臭氧监测，部分原因是该时期的研究和控制工作主要集中在含硫化合物(酸雨)和颗粒物上。尽管如此，密集的实地测量显示，在中国的一些大城市中，臭氧含量非常高。例如，2005年夏天在北京北部的一个乡村山区(Wang 等人， 2006a)，每小时的混合比例高达286 ppbv (Wang 等人， 2006a)，而夏季的臭氧浓度在1980年到2003年期间在北京的一个亚城市(现在的城市)地区增加(邵 等人，2006)。过去10年，特别是过去5年，国家和地方环境和气象机构在城市和农村地区进行了广泛的臭氧监测。现有数据显示，尽管最近二氧化硫(自2006年)和NOx(自2011年以来)的排放量有所减少，但主要城市地区的环境臭氧浓度仍在继续增加。根据监测结果从74个中国城市,平均每天8个小时的最大浓度增加从2013年的大约69.5 ppbv到 2015年的大约75.0 ppbv，而不一致的城市比例从23%上升到38%，而从2013年到2015年在其他污染物指标有所改善(中国环境报告2014年和2015年，可以在http://www.mep.gov.cn，中国)。有人认为，中国臭氧水平的升高对农业作物产生与人类健康带来不利的影响(Chameides 等人， 1999；冯等人，2015年及相关文献)(Brauer 等人， 2016；李等人，2015 b)。目前的预测表明，未来臭氧污染很可能会恶化(Wang 等人， 2013)。因此，需要对决定中国臭氧形成和分布的已知因素进行调查研究，以帮助制定缓解政策并指导今后的研究。

这篇综述的重点是对中国大陆、香港和受污染的农村地区的地面臭氧，并以以下方式进行结构分析。第2节简要回顾了臭氧形成的化学机制；第3节回顾臭氧和臭氧前体物的实地测量；第4节概述了与高臭氧事件有关的典型气象条件；第5节调查研究来确定臭氧形成机制，包括若干指标和观察限制的模型研究；第6节回顾了基于排放的模型对臭氧来源的影响；第7节讨论臭氧对农业和人类健康的影响；第8节为未来的研究和控制提供了一个总结和一些建议。本研究综述着重于已经在英文文献中发表的研究结果。

2.简要回顾臭氧形成机制

本节对臭氧生成和损失的化学机理进行了综述，并为讨论臭氧和其前体物之间复杂关系的研究奠定了基础。地球大气中的臭氧最终是由原子氧(O3P)和分子氧(O2) (R1)的组合反应形成的。在同温层，光解O₂的短波紫外线(UV)辐射(lambda;le;240nm)供应原子氧并促进O₃层的形成(chapman,1930)。在紫外线辐射很小的对流层中，波长le;424(R2)纳米的NO₂成为O3P原子的主要来源，并促使O₃形成。一旦形成，O₃很容易与NO发生反应，生成NO₂ (R3)。当没有其他化学物质参与时，(R1-R3)反应会产生一个零循环。

O(3P)＋ O2 M→O3 M (R1)

NO2 hv→NO O(3P) (R2)

O3 NO→NO2 O2 (R3)

然而，事实上，对流层中含有替代的氧化剂。HO2和RO2有效地将NO转化为NO2 (R4和R5)，导致O3的积累。R4、R5和R2反应建立一个高效的“氮循环”，可产生O3而不消耗氮氧化物(见图1)。影响O3形成的另一重要化学循环是所谓的“ROX（ROX = OH HO2 RO2）自由基循环”，其持续供应HO2和RO2以将NO氧化成NO2。 它通常从OH引发的产生RO2自由基（R7）的VOC开始降解，然后将R5转化为RO，R7将RO转化为HO2，最后R4从HO2再生OH。 每个ROX循环将两个NO分子氧化成NO2，然后通过“NOX循环”产生两个O3分子并再循环NO。两个化学循环的耦合和O3的光化学形成如图1所示。

HO2 NO→OH t NO2 （R4）

RO2 NO→RO NO2 （R5）

OH RH O2→RO2 H2O （R6）

RO O2→HO2 羰基化合物 （R7）

ROX和NOX循环终止于ROX和NOX的交叉反应。 在高浓度NOX条件下，终止过程主要由NO2与OH（R8）和RO2（R9）反应生成硝酸和有机硝酸盐（即所谓的NOZ物质）。 在低浓度NOX条件下，主要终止过程是HO2（R10）的自发反应和HO2与RO2（R11）的交叉反应，产生过氧化氢（H2O2）和有机过氧化物。 因此，NOZ和过氧化物（如H 2 O 2 / HNO 3）的相对峰度可以反映环境大气条件，即低NOX或高NOX，并且通常被用作指示O3形成方式（例如NOX 有限或VOC限制；参见第5.1节）。

OH ＋ NO2→HNO3 （R8）

RO2 NO2harr;RO2NO2 （R9）

HO2 HO2→H2O2 O2 （R10）

HO2 RO2→RO2H O2 （R11）

O3形成的另一个关键过程是来自闭壳分子的ROX自由基的主要生成。它启动了上述ROX循环，因此在臭氧生产中起着核心作用。

图1.所示.“ROX循环”和“NOX循环”的光化学臭氧形成机理的概述。红色、绿色、蓝色和黑色所示的反应路径分别是“NOX循环”、“ROX循环”、“自由基启动”和“终止过程”。

在受污染的对流层中，ROX自由基来自于O3、HONO和羰基的光解，但也来自不饱和VOCs的臭氧分解反应，每个来源的相对贡献可能从一个地方到另一个地方(薛等人，2016)。新的大气自由基(和自由基前体物)的来源已经被揭示，其中包括了HONO的未知白天来源（例如Kleffmann，2007）和夜间形成的硝酰氯（ClNO2），随后在第二天释放氯原子。Cl和VOCs之间的反应通过与OH(如Riedel等人，2014)相似的气象机制增强了臭氧的光化学生成。

RH Cl O2→RO2 HCl （R12）

O3形成的共同特征是O3生成对其前体物，即NOX和VOC的非线性依赖性。 由于NOX / VOC低，“NOX循环”的强度比“ROX循环”弱，因此它成为O3生产的限制因素。这种情况通常称为NOX限制O3形成机制。 相比之下，高NOX / VOC的产生主要受“ROX循环”强度的限制，这被称为VOC限制臭氧形成。如果没有更高的水平，在被污染的城市地区通常情况下，O3生产受到R3反应的抑制，落入一个“NOX滴定机制”。因此，确定O3形成机制是O3大气污染的科学调控的一个基本步骤，是中国O3污染研究的一个主要领域(如王等人， 2010；雪等人，2014；张等人，2007；张等人，2008 c)。

1. 中国臭氧和臭氧前体物的现场观测

中国大部分人口居住在中国东部，特别是在三个最发达的地区，京津冀(北京-天津-河北；)、长三角(YRD；包括上海-江苏-浙江-安徽)和珠江三角洲(PRD；广州，深圳和香港)。这些地区的人为前体物排放量一直居高不下（图2），这导致了严重的区域范围内的空气污染。 如前所述，中国大陆2000年以前的臭氧测量数据稀缺。虽然臭氧在1996年中国的第一个环境空气质量标准中被列入(每小时的浓度为240 g/m3)

图2.显示了中国最发达地区-京津冀（北京-天津-河北）,长三角（包括上海）和珠江三角洲（包括广州和港深）以及 2013年NOx发光强度，分辨率为0.25°times;0.25°。 排放数据来自清华大学http://meicmodel.org/。 还显示了三个地区的主要城市。

在中国将其O3每小时，8小时最大值标准分别修订为200微克/立方米和160微克/立方米之后，直到2012年，环境机构才会定期对其进行监测或报告（http：//www.mep.gov.CN）。 中国气象局于2005年开始在其三个区域背景空气监测站开始连续监测地表臭氧（即东北部的黑龙江省的龙凤山，北京的北部的上店子，上海的临安以及上海的西南部）。尽管中国环境监测中心（http://www.cnemc.cn）在线实时报告部分质量控制的臭氧小时数据，但两个政府网络的历史臭氧数据目前尚未公开访问。

在香港，香港环境保护署（HKEPD）于二十世纪九十年代初开始在多个空气质量监测站测量臭氧，但只在人口密集的城市地区进行。 1993年，香港理工大学在华南建立了第一个区域站（Hok Tsui），这个站一直在运作（王等人，2009a）。在1997年至1999年，香港环保署设立了两个非城市站，其中一个位于市中心西北，另一个位于市区西南。 这个网络的每小时数据可以在http://epic.epd.gov.hk/EPICDI/air/station/找到。 香港天文台自一九九三年起开始每月推出臭氧探测器（每月在1993 - 1994年及2000 - 2001年发布），而频率则由二零零三年四月起增加至每周发布（http://www.weather.gov.hk/publica/reprint/r1173.pdf）。 数据可在世界臭氧和紫外线辐射中心公开评估（http://woudc.org/data/stations/?id=344）。

由于早年缺乏全国范围的臭氧监测数据，因此只能从有限的活动类型测量中分辨出臭氧污染情况。表1a-1d总结了中国内地和香港三个最发达地区及其他地区的臭氧研究。值得注意的是，虽然列出的参考文献(共91篇)可能并不详尽，也不包括中文文献，但我们认为它们应该代表中国大陆的综合实地研究。第一次对中国光化学污染的研究是在1980年代初在中国西部的兰州市进行的，它位于中国西部的一个山谷中，有一个大型的石油化工设施(Tang et al.，1989)。在1982年至2003年的夏季期间，北京零星地测量臭氧(邵等，2006)和华南的广州(Zhang et al.， 1998)。作为中国地图项目的一部分，临安的臭氧（和臭氧前体物）在1994年被测量了一整年（言 等人，1997），并且从1999年到2010年又被测量了一次（郭等人，2004b; 王 等，2002； 王等，2001a）。 在香港，飞机测量臭氧和几种污染物是在1994年沿香港边界进行的（Kok等，1997）; 2001年和2002年在香港西部的一个污染受体地区进行了臭氧，臭氧前体物和其他污染物的表面测量（郭等人，2006；

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[24720]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word