2020年和2021年南京...感性和VOCs来源变化分析_陆晓波.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，20232020 年和 2021 年南京城区臭氧生成敏感性和 VOCs来源变化分析陆晓波1，王鸣2*，丁峰1，喻义勇1，张哲海1，胡崑2(1 江苏省南京环境监测中心，南京210013;2 南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044)摘要:PM2.5和臭氧(O3)协同防控是“十四五”期间空气质量提升的重点 O3生成与其前体物挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)呈高度非线性关系 基于南京市城区站点 2020 年和 2021 年的 4 9 月 O3、VOCs 和 NOx的连续在线监测数据，比较了两年间 O3及其前体物浓度的变化，进一步利用基于观测的盒子模型(OBM)和正定矩阵因子分解(PMF)模型分析了 O3-VOCs-NOx敏感性和 VOCs 来源 结果表明，2021 年的 4 9 月 O3日最大浓度、VOCs 和 NOx浓度的平均值相较于 2020 年同期约下降 7%(P=0.031)、17.6%(P 0.001)和 14.0%(P=0.004)2020 年和 2021 年的 O3超标天 NOx和人为源 VOCs 的平均相对增量反应活性(I)分别为0.17 和0.14，0.21 和0.14，说明 O3生成处于 VOCs 和 NOx协同控制区 基于人为源 VOCs和 NOx削减情景所模拟的 O3生成潜势等值线(EKMA 曲线)也支撑这一结论 PMF 解析结果显示工业和交通排放是 VOCs 的主要来源，其中与工业排放相关有 5 个因子，包括工业液化石油气(LPG)使用、苯化工、石化、甲苯相关的工业和溶剂涂料使用，对总 VOCs 浓度的贡献率为55%57%机动车尾气和汽油挥发因子的贡献率之和为 43%45%进一步计算各因子的 I 值，结果显示石化和溶剂涂料使用的 I 值最高，说明从臭氧防控的角度，需要优先削减这两类源的 VOCs 排放 随着 VOCs 和 NOx减排措施的实施，O3敏感性和 VOCs 来源会改变，因此在“十四五”期间仍需持续关注，以及时调整 O3防控策略关键词:O3-VOCs-NOx敏感性;基于观测的模型(OBM);VOCs 来源解析;正定矩阵因子分解(PMF)模型;南京中图分类号:X511文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1943-11DOI:1013227/j hjkx202204220收稿日期:2022-04-19;修订日期:2022-07-07基金项目:江苏省 PM2 5与臭氧协同控制重大专项(2019023)作者简介:陆晓波(1981 )，男，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为大气挥发性有机物化学转化机制及来源解析，E-mail:lxb2003y163 com*通信作者，E-mail:wangming nuist edu cnChanges in O3-VOCs-NOxSensitivity and VOCs Sources at an Urban Site of NanjingBetween 2020 and 2021LU Xiao-bo1，WANG Ming2*，DING Feng1，YU Yi-yong1，ZHANG Zhe-hai1，HU Kun2(1 Jiangsu Nanjing Environmental Monitoring Center，Nanjing 210013，China;2 Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology，Jiangsu Key Laboratory of Atmospheric Environment Monitoring and Pollution Control，School of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of InformationScience Technology，Nanjing 210044，China)Abstract:The synergistic control of PM2.5and ozone(O3)are the focus of air quality improvement during the 14thFive-Year Plan in China The production of O3shows ahighly nonlinear relationship with its precursors volatile organic compounds(VOCs)and nitrogen oxides(NOx)In this study，we conducted online observations of O3，VOCs，and NOxat an urban site in downtown Nanjing from April to September of 2020 and 2021 The average concentrations of O3and its precursors between these two yearswere compared，and then the O3-VOCs-NOxsensitivity and the VOCs sources were analyzed using the observation-based box model(OBM)and positive matrix factorization(PMF)，respectively The results showed that the mean daily maximum O3concentrations，VOCs，and NOxconcentrations decreased by 7%(P=0.031)，17.6%(P 0.001)，and 14.0%(P=0.004)from April to September of 2021 compared with those from the same period in 2020，respectively The average relative incrementalreactivity(I)values of NOxand anthropogenic VOCs during the O3non-attainment days in 2020 and 2021 were 0.17 and 0.14 and 0.21 and 0.14，respectively Thepositive I values of NOxand VOCs indicated that O3production was controlled by both VOCs and NOx The O3production potential contours(EKMA curves)based on the50 50 scenario simulations also supported this conclusion The PMF results showed that industrial and traffic-related emissions were the main sources of VOCs The five PMF-resolved factors were identified as industrial emissions，including industrial liquefied petroleum gas(LPG)use，the benzene-related industry，petrochemistry，toluene-relatedindustry，and solvent and paint use，which contributed 55%-57%of the average mass concentration of total VOCs The summed relative contributions of vehicular exhaust andgasoline evaporation were 43%-45%Petrochemistry and solvent and paint use showed the two highest I values，suggesting that VOCs from these two sources should bereduced with priority to control O3 With the implementation of VOCs and NOxcontrol measures，the O3-VOCs-NOxsensitivity and VOCs sources have changed，and thereforewe still need to follow their variations in the future to timely adjust O3control strategies during the 14thFive-Year PlanKey words:O3-VOCs-NOxsensitivity;observation-based model(OBM);VOCs source apportionment;positive matrix factorization(PMF)model;Nanjing随着“十三五”期间大气污染防治策略的持续施行，我国颗粒物(PM10和 PM2.5)和二氧化硫(SO2)浓度下降显著1，2，而近地面臭氧(O3)日最大 8 h滑动浓度平均值(DMA-8h O3)的年第 90 百分位数在 2019 年以前呈现增长趋势，2020 年这一浓度相较于 2019 年下降，但下降幅度显著低于颗粒物和 SO22 文献 2显示:在全国 337 个城市中，以环境科学44 卷O3为首要污染物的超标天数占空气质量总超标天数的 37.1%，仅次于 PM2.5(51%)在京津冀及周边地区这一比例为 46.6%，略低于 PM2.5(48%)，而在长三 角 地 区 这 一 比 例 高 达 50.7%，高 于 PM2.5(45.1%)2，O3已成为限制我国(特别是长三角地区)空气质量持续改善的瓶颈之一图 1南京城区 O3及其前体物观测站点(NJ)位置示意Fig 1Location of O3and its precursor measurement site(NJ)in urban area of Nanjing近地面 O3是典型的二次污染物，其主要来自挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)在光照条件下发生的化学反应，而且 O3生成与 VOCs 和 NOx呈现高度的非线性关系3，4 因此，在制定 O3防控策略，尤其是短期削峰措施时需要确定 O3-VOCs-NOx敏感性，即 VOCs 或 NOx减排对 O3防控是正反馈还是负反馈 当 VOCs 削减有利于 O3浓度下降，而NOx削减对 O3浓度影响不显著或者会造成 O3浓度上升，此时 O3生成受 VOCs 控制;当 VOCs 削减对O3浓度影响不显著，而 NOx削减能导致 O3浓度下降显著，此时 O3-VOCs-NOx敏感性处于 NOx控制区;当 VOCs 和 NOx减排均有利于 O3浓度下降，且效果相当，此时 O3-VOCs-NOx敏感性处于协同控制区3 基于观测的模型(observation-base