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我国城市群大气污染严重,来源复杂,呈现多污染源叠加的区域复合型污染特征,相比一次污染物,二次污染物在形成机理上更为复杂。目前传统的敏感性试验方法并不适用于二次污染物非线性系统的研究。因此,本文围绕大气二次污染的源和受体关系,建立了一个二次污染物在线源解析模型,深入研究上海地区臭氧及二次气溶胶的污染特征及输送问题,量化周边污染排放对上海的贡献。
本文选取了上海夏季一个典型的复合型污染过程进行模拟分析,时间为2010年7月23日至8月26日。WRF和NAQPMS模式较好地重现长三角及上海地区气象条件和污染物的变化特征,为本文研究奠定了坚实的基础。
在选取的污染个例中,本文从空间和时间两个角度追溯上海二次气溶胶前体物的污染来源。上海城区硫酸盐来源中,长三角之外地区的贡献最大,为45%以上,主要来自于近3天的排放;上海本地的贡献为17%以上,绝大部分来自于当天的排放:周边地区,如苏州、嘉兴、杭州和绍兴的贡献均为5%左右,主要来自于当天的排放。硝酸盐的来源较为复杂,上海本地、江苏和长三角之外地区的贡献相当,均为20%左右,浙江的贡献较大,可达36%以上;这些敏感来源地区在1天前排放前体物的贡献(50%)大于当天的排放贡献(40%),此特征不同于其他二次污染物。铵盐的来源较为简单,上海本地当天排放的前体物的贡献可达50%以上;江苏和浙江的贡献均为17%左右,主要来自于当天的排放。另外,基于时间来源结果可计算污染物在大气的存留时间,存留时间定义为气溶胶或其前体物被释放至大气中,并被输送至目标地区的时间。结果发现长三角地区硫酸盐、硝酸盐和铵盐平均的存留时间分别为30、20和10小时;城区的存留时间小于沿海,这是由于强氧化性消耗二次气溶胶导致城区的存留时间偏低。
臭氧生成的敏感性和臭氧的来源贡献是光化学研究中两个重要的、紧密相连的问题。本文采用敏感性试验方法研究各种指示剂的合理性和显著性,发现P(H202)/P(HN03)可作为长三角地区最优的指示剂,并计算得到0.19和0.42两个过渡区的判断阈值,当P(H2O2)/P(HNO3)小于0.19时,臭氧生成受VOC控制,大于0.42则受Nox控制,中间的过渡区受Nox和VOC共同控制。基于研究结果发展了臭氧源解析模式,并对上海臭氧来源作多方法、多尺度的综合研究,发现上海本地排放前体物的贡献为47%,绝大部分来自于当天的排放;嘉兴和苏州当天的排放贡献均达到了7%,长三角之外地区的贡献超过了10%,其排放的前体物需2-3天可影响上海的臭氧浓度。另外,臭氧的生成地区表明在高值时段,由外地生成臭氧再输送至上海城区的比例可达60%。