环境科学  2019, Vol. 40 Issue (4): 1634-1644   PDF    
广州番禺大气成分站一次典型光化学污染过程PAN和O3分析
邹宇, 邓雪娇, 李菲, 殷长秦     
中国气象局广州热带海洋气象研究所, 广州 510080
摘要: 通过对广州番禺大气成分站(GPACS)的光化学相关污染物(O3、PAN、VOCs、NO2、NO)以及气象要素进行观测,分析2010~2016年期间发生在广州地区一次典型光化学污染过程.结果表明,该光化学污染过程期间,O3和PAN总体体积分数比较高,最大O3小时体积分数为140.6×10-9,而最大PAN小时体积分数为4.7×10-9.NO整体体积分数较低,对O3的化学滴定和PAN的去除影响较小.NO2整体体积分数较高、辐射较强和风速较低则有利于O3和PAN的形成和积累.PAN和O3具有一定的线性关系(R2=0.55),而形成PAN和O3前体物VOCs物种不完全相同影响着它们的线性关系,在生成PAN的VOCs物种中,乙烯、丙烷、异戊二烯和甲苯所占的比例较大,而对臭氧生成潜势较大的物种有异戊二烯、1,3,5-三甲苯、丙烯、间,对-二甲苯以及甲苯.对PA自由基体积分数进行估算,发现它的日均值体积分数在0.11×10-12~0.16×10-12范围变化,远高于其它地区,表明此次发生的光化学反应较为强烈.
关键词: 光化学污染      过氧乙酰硝酸酯(PAN)      臭氧(O3)      广州     
Analysis of Peroxyacetyl Nitrate and Ozone During a Typical Photochemical Pollution Process at the Panyu Atmospheric Composition Station
ZOU Yu , DENG Xue-jiao , LI Fei , YIN Chang-qin     
Institute of Tropical and Marine Meteorology, China Meteorological Administration, Guangzhou 510080, China
Abstract: The typical photochemical pollution process in Guangzhou was analyzed from 2010 to 2016 by observing photochemical pollutants (ozone (O3), peroxyacetyl nitrate (PAN), volatile organic compounds (VOCs), nitrogen dioxide (NO2), and nitric oxide (NO)) and meteorological factors at the Guangzhou Panyu Atmospheric Composition Station (GPACS). The results showed that during this photochemical pollution process, the average O3 and PAN concentrations were relatively high:O3, max 1 h concentration was 140.6×10-9 and PANmax 1 h concentration was 4.7×10-9. The average concentration of NO was low, which had little effect on O3 titration and PAN elimination. The high NO2 concentration, strong radiation, and low wind speed all led to the formulation and accumulation of O3 and PAN. The linear relationship between O3 and PAN (R2=0.55) was affected by the fact that their precursor VOCs were not similar. Ethene, propane, isoprene, and toluene had a large influence in PAN formation, while isoprene, 1, 3, 5-trimethylbenzene, propene, m, p-xylene, and toluene had a large influence on O3 formation potential. When evaluating PA concentration, we found that its daily average concentration ranged from 0.11×10-12 to 0.16×10-12, which were higher than many places around the world, indicating that this photochemical process was relatively intensive.
Key words: photochemical pollution      peroxyacetyl nitrate (PAN)      ozone (O3)      Guangzhou     

随着经济的发展以及城市化进程, 导致挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx=NO+NO2)的排放增加, 大气光化学污染成为珠江三角洲地区最严重的空气污染问题之一[1~3]. PAN和O3是大气中的重要二次污染物, 同时也是大气光化学污染的重要指示剂.但是二者的来源不尽相同, 对流层O3来源主要是平流层输送和对流层光化学反应, 除少量由平流层O3向近地面输送外, 由人类活动排放的VOCs和NOx经过大气光化学产生的二次污染是对流层O3的主要来源; 而PAN没有天然源, 只有人为源, 即全部由污染产生, 绝大多数VOCs都能作为O3的前体物, 但是PAN的前体物VOCs则为能够产生CH3C(O)OO(PA自由基)的那部分VOCs[4~6].二者去除过程也不同, NO对O3的化学滴定是去除O3的主导因素, 而PAN在受NO影响的同时, 更多与温度有关. PAN是对流层NOx的重要储库, 它在低温条件下稳定, 随气团进行远距离传输并通过热分解产生NO2, 由此影响对流层O3和OH自由基的分布, 从而影响不同地区的大气光化学污染水平[7, 8].高体积分数的PAN和O3加重空气污染, 同时对人体健康造成诸多不利影响[3, 9].

目前国内对O3的监测较多, 有研究表明[10], 从90年代中期至2010年, 珠江三角洲地区O3平均体积分数以每年1.0~1.6μg·m-3的速度增长.结合近几年来中国气象局广州番禺大气成分站(GPACS)的历史观测数据, 广州地区在2010~2016年期间共发生高值臭氧日(日最大臭氧8 h超过80×10-9, 并且持续4 h[11])174 d, 且多发生在夏秋季.这是由于夏季光照强烈、气温较高, 而秋季则可能是盛行北风, 气团来自污染的大陆地区, 再加上广佛地区的一次排放, 整个区域都出现较为严重的O3污染[12].相比光化学二次产物O3, 国内对PAN的研究起步较晚, 由于PAN物质的不稳定性特点, 对它的监测比较困难, 导致国内PAN监测数据十分有限.国内首先是张剑波等[13]在北京城区对PAN进行了第一次监测, 之后相继在甘肃、青海、上海以及广东等地进行监测[14~17], 相关城市的研究发现PAN与O3的变化规律较为一致, 并显示出一定的相关性.然而这些研究缺少对PAN和O3前体物VOCs的同步观测, 因此无法对PAN与O3之间的内在化学机制进行深入研究.此外, 相关研究发现广州地区在发生光化学污染过程时[18], 往往大气氧化性增强, 二次有机气溶胶(SOA)增加, 细粒子(PM2.5)比重增加, 这也是导致广州地区大气复合污染频发的原因之一.因此, 对广州地区典型光化学污染过程分析意义重大.

本研究利用中国气象局广州番禺大气成分站的PAN、O3、NOx、VOCs以及气象要素(温度、相对湿度、光照和风速风向)观测数据, 根据Ran等[11]对高值臭氧事件的定义, 筛选出发生在广州地区2010~2016年期间时间最长的一次典型光化学污染过程(连续发生高值O3事件9 d), 并对该过程的大气光化学二次产物PAN和O3进行分析, 以期为广州地区光化学污染的治理提供一定的科学依据.

1 材料与方法 1.1 观测站点

观测站点为中国气象局广州番禺大气成分站(23°00.236′N, 113°21.292′E), 位于广州市番禺区南村镇大镇岗的山顶, 是番禺第一高峰, 海拔141 m, 周围无明显工业污染源.地处珠三角洲腹地, 可在一定程度上代表珠三角经济圈大气成分均匀混合的平均特征[19, 20].

1.2 观测仪器

VOCs监测采用AMA公司生产的GC5000在线分析仪器, 该仪器包括VOC低沸点分析仪和BTX高沸点分析仪, 由2组采样系统和2组分离色谱柱系统组成. VOC低沸点分析仪在13℃富集浓缩, 在20℃进行2次吸附, 温度升高到200℃进行脱附, 通过两维色谱柱得到分离; BTX高沸点分析仪在30℃将挥发性有机物预浓缩, 然后热脱附, 并在DB-1柱子上分离.分别检测56个物种包括烷烃(29种), 烯烃+炔烃(11种)和芳香烃(16种), 时间分辨率为1次·h-1.监测前后采用美国环保署认可的光化学评估监测站(PAMS)标准气体进行标定, 具体监测分析方法见文献[2]. PAN监测采用Metcon公司生产的Metcon-PAN在线分析仪器, 分析主要是通过气相色谱(主柱为MTx-5)分离提纯后, 将放射源放射出的β射线将样品轰击电离, 产生大量的电负性离子通过电子捕获器(ECD)进行检测, 时间分辨率为1次·(10 min)-1.标定是通过在紫外光的照射下, 丙酮、合成空气中的O2以及NO进行光化学反应生成PAN, NO的转化效率约为92%±3%.臭氧监测采用Ecotech EC9810B臭氧分析仪, 时间分辨率为1次·(5 min)-1, 通过紫外吸收法, 测量时使用单个玻璃测量池体, 并利用比尔-朗伯定律计算出O3体积分数. NOx监测采用Ecotech EC9841B氮氧化物分析仪, 时间分辨率为1次·(5 min)-1, 通过化学发光法进行测量, 该分析仪为单通道仪器, 工作时交替将样气绕过或通过催化剂, 在反应室里对NO进行测定, 催化剂可使气体中的NO2转化为NO, 交换测量后得到NO值及NOx值, 而二者之差即为NO2值.由于NO2经过钼炉还原成NO时, 部分其他含氮氧化性物质可能会被一起还原成NO, 造成NOx的监测值比实际值大[11, 21].气象要素由自动气象站进行采集.由于仪器故障, 导致2012年10月4日PAN数据以及10月4日、7日、8日、9日的VOCs数据缺测.

2 结果与讨论 2.1 污染物体积分数变化规律

对2010~2016年期间发生在广州地区时间最长的一次典型光化学污染过程(2012年10月1~9日)进行分析(如图 1), O3小时日平均体积分数在48.7×10-9~67.1×10-9范围变化, O3小时平均体积分数和日最大O3 8 h平均体积分数分别为56.5×10-9和93.7×10-9.光化学污染过程期间, 最大O3小时体积分数分别为97.1×10-9(15:00)、103.6×10-9(15:00)、140.6×10-9(17:00)、121.9×10-9(15:00)、110.5×10-9(15:00)、103.9×10-9(16:00)、112.3×10-9(16:00)、101.9×10-9(16:00)和96.5×10-9(16:00), 均超过国家二级标准O3小时平均体积分数93×10-9(200μg·m-3).最大O3 8 h体积分数分别为86.2×10-9、93.8×10-9、113.7×10-9、99.3×10-9、91.7×10-9、89.6×10-9、97.5×10-9、86.4×10-9和85.2×10-9, 均超过国家二级标准日最大O3 8 h平均体积分数75×10-9(160μg·m-3).最大PAN体积分数为4.7×10-9, NO整体体积分数较低, 对O3的化学滴定和PAN的去除影响较小.虽然光化学前体物VOCs体积分数较低(小时日平均体积分数为17.1×10-9~28.6×10-9), 而根据前人的研究[2, 22], 广州地区O3峰值生成处于NOx控制区, 此污染过程的NO2体积分数整体较高更有利于O3和PAN的形成.此过程期间的风速较低(小时平均风速1.0~1.7 m·s-1), 污染物的积累较多; 太阳辐射在正午(12:00左右)较为强烈, 而此时的相对湿度处在最低值, 这有利于光化学反应生成O3和PAN, 然而白天温度较高, 这在一定程度上导致PAN的热解(如图 2).由于夜间的温度较低, PAN容易通过大气输送到较远的地方[23], 在此光化学污染过程期间, 通过分析发现PAN在2012年10月2日凌晨02:00左右出现一个小峰(如图 1), 由于夜间基本不发生光化学反应, 这是由于传输导致, 而其它时段PAN的单峰日变化规律明显.结合2012年10月2日02:00时(北京时)18 h后向轨迹进行分析(图 3), 绿、蓝、红色线分别为离地面1 000、500、10 m处后向轨迹, 可见监测点近地面主要受途经清远大陆气团的影响, 而低空主要受途经韶关、惠州气团影响, 而中空主要来自监测点的东北方向, 受途经河源、惠州和东莞气团的影响, 由于PAN的传输受温度影响很大, 因此, 相对于近地面而言, 低中空的途经惠州和东莞气团对监测点PAN的影响较大(气团后向轨迹数据来源:http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT_traj.php).

图 1 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站大气中VOCs、NO2、NO、NO/NO2、PAN、O3的时间序列 Fig. 1 Time series of ambient VOCs, NO2, NO, NO/NO2, PAN, and O3 at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

图 2 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站大气中相对湿度、辐射、温度和风速的时间序列 Fig. 2 Time series of relative humidity, solar radiation, temperature and wind speed at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

图 3 2012年10月2日广州番禺大气成分站18 h后向轨迹 Fig. 3 Air mass backward trajectories(18 h) at GPACS on Oct. 2nd, 2012

对污染物的日变化进行分析(如图 4), 发现在早晨06:00左右, 机动车排放大量的NO和VOCs, 导致NO和VOCs体积分数上升[24], 体积分数分别增加到3.19×10-9和35.51×10-9, 而此时的太阳辐射增强, NO2体积分数也上升, 在早晨09:00达到最大值, 而此时NO2开始大量光解生成O3, 并且NO2与PA自由基反应生成PAN. PAN和O3的日变化基本一致, 都呈现单峰变化规律, 说明PAN和O3都是白天大气光化学反应的二次产物.白天PAN的峰值出现在下午14:00, 早于O3的峰值(下午16:00), 这主要是大气中的PAN体积分数受热解的影响.夜晚PAN体积分数主要是受热解和沉降影响[15], 由于凌晨夜间的温度以及NO/NO2比值均较低, 因此, 白天大气光化学反应产生的PAN并没有完全损耗, 夜间PAN体积分数维持在约0.88×10-9, 而夜晚O3主要是通过NO化学滴定去除, NO体积分数低也导致夜间O3体积分数维持较高(29.36×10-9), 此外, 夜晚大气边界层高度降低也有利于PAN和O3体积分数的积累.

图 4 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站VOCs、NO2、NO、PAN、O3的平均日变化 Fig. 4 Average diurnal variations of VOCs, NO2, NO, PAN, and O3 at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

2.2 污染物之间相互关系

对流层中的O3的净生成源于大气中的过氧自由基将NO转化成NO2, PA自由基是过氧自由基的一个重要组成, 它同时参与O3的生成以及与大气中NO2反应生成PAN.因此, PAN与O3应该是呈一定的正相关关系[6, 9, 25].如图 5(a), PAN和O3具有一定的线性关系(R2=0.55), 相关系数通过0.05显著性水平t检验, 表明它们主要受到局地光化学污染的影响, 但是还受到其他因素的影响.首先二者的前体物VOCs物种并不完全相同, 大气中几乎所有反应性VOCs都能够光化学反应生成O3, 但是只有能够产生PA自由基的VOCs物种才能生成PAN; 其次二者的去除机制也有所不同, O3主要通过NO的化学滴定消耗去除, 而PAN主要是通过热解去除. 图 5(b)可以看出, PAN与Ox的线性相关R2为0.56, 与PAN和O3相关性差不多, 这表明污染期间O3受NO的化学滴定影响相对较小, 从图 5(c)也可以进一步看出, 绝大部分NO的体积分数主要分布在低值区, 而此时对应的O3体积分数较大, NO对O3的去除影响较小, 这有利于O3和PAN的线性相关. 图 5(d)表明NO2光解产生O3, NO2与O3的线性关系呈反相关; 而图 5(e)表明NO2与PAN线性关系不明显.如图 5(f)图 1所示, 基本上所有的高体积分数PAN都出现在较低的NO/NO2比值, 这与前人研究结果一致[26].较低NO体积分数不利于PAN的热解, 这是由于分解出来的PA自由基可以与NO反应, 由于NO少, PA自由基被NO去除少, 因此PA自由基能够与NO2保持一个动态平衡, 降低PAN的热解损失.

图 5 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站PAN vs O3、PAN vs Ox、O3 vs NO、O3 vs NO2、PAN vs NO2和PAN vs NO/NO2比值的日小时值散点图 Fig. 5 Scatter plots of hourly PAN vs O3, PAN vs Ox, O3 vs NO, O3 vs NO2, PAN vs NO2, and PAN vs NO/NO2 ratio at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

2.3 VOCs对O3和PAN的影响

前面已经分析了同为NOx与VOCs光化学反应产物的PAN和O3之间存在一定的线性关系, 而O3与PAN生成的前体物VOCs物种不完全相同是影响它们线性关系的重要因素.因此, 通过采用PAN和O3的日最高体积分数的比值变化可以大致判断形成PAN和O3的主要VOCs组分变化.由于PAN的前体VOCs是能够产生PA自由基的那部分VOCs, 本研究包括乙烯、丙烷、丙烯、1-丁烯、异戊二烯、甲苯、乙苯、间, 对-二甲苯和邻-二甲苯.如图 6图 7所示, PAN与O3之间的日最大体积分数比值和PAN前体VOCs与总VOCs比值的变化趋势一致, 且它们相关性通过0.05显著性水平t检验, 即当PAN与O3日最大体积分数比值呈上升趋势时, 说明主导PAN生成的VOCs物种占总反应VOCs的比例有所上升, 这与前人研究的结论相似[14, 27].如图 7所示, 在此次典型光化学污染过程中, 生成PAN的VOCs物种所占VOCs比例在44.7%~51.6%范围变化, 生成PAN的VOCs物种中, 乙烯、丙烷、异戊二烯和甲苯所占VOCs的比例较大, 分别占8.5%、17.1%、13.3%以及12.4%.需要说明, 由于VOCs仪器故障导致在观测期间有4 d的VOCs数据缺测, 这将给相关结论增加一些不确定性.

图 6 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站PAN和O3日最大体积分数以及它们的比值 Fig. 6 Daily maximum of PAN and O3 concentrations and their ratios at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

图 7 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站白天PAN的前体物组分体积分数以及占总VOCs的比例 Fig. 7 VOCs category concentrations of PAN precursors and the proportion of total VOCs observed in the daytime at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

采用最大增量活性(MIR)因子加权法和等效丙烯体积分数法对VOCs的臭氧生成潜势进行分析, 分别为公式(1)和(2)所示.

(1)

式中, ujuozone分别代表VOCs物种j和臭氧的相对分子质量, COM表示该物种的实际体积混合比, MIR表示VOCs的最大增量反应活性(见表 1), CONj, MIR表示该物种能够产生的最大臭氧体积分数, 即为MIR因子体积分数.

表 1 本研究采用的MIR和K·OH系数1) Table 1 K·OH of the speciation used in the study

(2)

式中, Pj为等效丙烯体积分数, cj为VOCs物种j的碳数体积分数, K·OH(j)和K·OH(C3H6)分别为VOCs物种j和丙烯跟·OH反应的化学反应速率常数(见表 1).

图 8分别给出了最大增量活性MIR因子加权体积分数方法和等效丙烯体积分数法得到的采样点VOCs组分特征.从MIR因子加权体积分数和等效丙烯体积分数来看, 烯烃和芳香烃占主导地位, 烯烃和芳香烃的MIR因子加权体积分数占比在81.8%~87.4%范围变化, 而烯烃和芳香烃的等效丙烯体积分数占比则在84.1%~93.6%范围变化. 表 2给出了MIR因子法和等效丙烯体积分数法计算得到的VOCs物种的臭氧产生潜力排名, 从表中可以看出对臭氧生成潜势较大的物种有异戊二烯、1, 3, 5-三甲苯、丙烯、间, 对-二甲苯以及甲苯.用这两种方法得到的结果既有一致的地方, 又存在差异.在排名前8的物种中, 所有物种完全相同, 只是排名的顺序不同, 这说明采用这两种方法都可以在一定程度上反映VOCs各物种的O3生成潜力.此外, 结合图 6图 8, 估算O3的生成潜势和实测的O3日最大体积分数的变化趋势基本吻合, 这也说明O3生成潜势方法能够较好地说明局地光化学反应特征.然而大气环境O3体积分数除了与局地光化学反应有关, 还与远距离传输有很大关系, 这给用O3生成潜势来表征实测O3体积分数带来不确定性, 但是O3生成潜势方法仍能够较好地说明局地光化学反应特征.

图 8 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站白天VOCs各物种的活性比例 Fig. 8 Proportion of each VOCs category reactivity observed in the daytime at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

表 2 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站采用MIR因子加权和等效丙烯体积分数的臭氧生成贡献前8 VOCs物种排名 Table 2 Relative contributions to ozone formation by the top 8 VOCs species based on the MIR scales and the Propy-Equiv at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

此外, PAN与O3的比值在一定程度上反映污染程度, Hartsell等[28]总结认为城市地区PAN与O3的体积分数比值为0.07左右, 乡村等污染较轻的地区比值一般小于0.01, 广州地区这次污染过程的PAN与O3的比值在0.02~0.04范围变化(如图 7), 污染程度介于城市与乡村之间.总之PAN和O3体积分数高低变化并不总是一致, 所以仅用O3来表征光化学污染事件还不全面, 应该对PAN进行监测, O3和PAN的综合监测数据可以更好确定光化学污染事件, 进而更有效针对性地提出污染控制措施.

2.4 PA自由基体积分数估算

PAN是在太阳光和O2的参与下, 由VOCs和·OH发生氧化反应生成PA自由基, 然后再与NO2反应[反应式(3)], PA自由基是PAN生成过程中最重要的中间物, 它在对流层光化学反应中起着关键作用.和其他大气中的自由基一样, PA自由基的直接测量是非常困难的, 因此, 在光化学污染过程期间对PA自由基的体积分数估算有重要意义. PA自由基的生成主要是乙醛、丁烯酮等物质的氧化, 也可来自PAN的热解[反应式(4)].假设反应式(3)和(4)是平衡的, 那么平衡时的PA自由基体积分数可以用方程式(5)进行估算.除去大气光化学反应过程, 一些动力和沉降过程也影响着水平和垂直污染物体积分数分布.为了更加准确地对采样点PAN体积分数变化进行描述, 需要同时考虑物理过程和化学过程.理论上, PAN的体积分数变化可以用方程式(6)进行描述.而对于一个短暂的过程和在大气稳定的条件下, 方程式(6)中的物理过程(phys)可以忽略, 所以可以简写成方程式(7), 而PA自由基的体积分数估算可以通过方程式(8)获得.在此次大气光化学污染过程中, 由于无明显沉降以及风速基本低于3m·s-1, 因此可以看作是一个相对稳定的大气过程, 大气动力学影响较大气光化学反应来说较微弱.所以, 采用方程式(8)对PA自由基体积分数进行估算.其中, k1k2分别表示反应式(3)和(4)的反应速率, 数值分别为1.2×10-11cm3·(mol·s)-1和3.8×10-4 s-1, 它们在本研究的数值参考文献[29, 30].如图 9所示, 估算的PA自由基体积分数与PAN体积分数变化趋势一致, 且白天高于夜晚, 表明PA自由基主要来源于大气光化学反应并且是PAN生成过程中的重要中间物质.在此次大气光化学污染期间, PA自由基体积分数日均值在0.11×10-12~0.16×10-12范围变化, 与其他地区相比, 发现该光化学污染过程中的PA自由基体积分数高于1992年7~8月在美国亚特兰大(PA自由基体积分数:0.06×10-12)和2010年1月25日~3月22日在中国北京(PA自由基体积分数:0.001 4×10-12~0.004 2×10-12, 前体物NO2体积分数4.6×10-12~80.2×10-9)的研究[31, 32], 也表明此次发生光化学反应较为强烈.

图 9 2012年10月1~9日广州番禺大气成分站估算的PA自由基体积分数和PAN体积分数的时间序列 Fig. 9 Time series of the estimated PA radical and PAN concentrations at GPACS during Oct. 1st-9th, 2012

(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
3 结论

(1) 通过结合中国气象局广州番禺大气成分站(GPACS)的VOCs、NOx、PAN、O3以及气象要素的观测数据, 对2010~2016年期间发生在广州地区一次典型光化学污染过程(2011年10月1~9日)进行分析, 发现O3和PAN总体体积分数比较高, 最大O3小时体积分数为140.6×10-9, 远超国家二级标准93×10-9(200μg·m-3), 最大PAN体积分数为4.7×10-9, NO整体体积分数较低, 对O3的化学滴定和PAN的去除影响较小, 而NO2体积分数整体较高有利于O3和PAN的形成.在污染过程中的辐射较强和风速较低, 这有利于光化学的形成和污染物的累积.白天PAN的峰值出现在下午14:00, 早于O3的峰值(下午16:00), 这主要是大气中的PAN体积分数受热解的影响.由于凌晨夜间的温度、大气边界层高度以及NO/NO2比值均较低, 这有利于PAN和O3的积累.

(2) PAN和O3具有一定的线性关系(R2=0.55), 它们主要受到局地光化学污染的影响, 而O3与PAN生成的前体物VOCs物种组分不完全相同影响着它们的线性关系, PAN与O3之间的日最大体积分数比值和PAN前体VOCs与总VOCs比值的变化趋势一致, 在生成PAN的VOCs物种中, 乙烯、丙烷、异戊二烯和甲苯所占的比例较大.而在O3生成贡献中, 烯烃和芳香烃占主导地位, 烯烃和芳香烃的MIR因子加权体积分数占比在81.8%~87.4%范围变化, 而烯烃和芳香烃的等效丙烯体积分数占比在84.1%~93.6%范围变化.对臭氧生成潜势较大的物种有异戊二烯、1, 3, 5-三甲苯、丙烯、间, 对-二甲苯以及甲苯等.需要说明, 由于VOCs仪器故障导致在观测期间有4天VOCs数据缺测, 这将给相关结论增加一些不确定性.今后将继续开展长时间的VOCs、PAN和O3等大气光化学相关观测, 进一步为PAN和O3形成机理研究奠定基础.

(3) PA自由基是PAN生成过程中最重要的中间物, 它在对流层光化学反应中起着关键作用, 和其他大气中的自由基一样, PA自由基的直接测量是非常困难的, 因此, 在光化学污染过程期间对PA自由基的体积分数估算有重要意义.估算的PA自由基体积分数与PAN体积分数变化趋势一致, 且白天高于夜晚, 表明PA自由基主要来源于大气光化学反应并且是PAN生成过程中的重要中间物质. PA自由基体积分数日均值在0.11×10-12~0.16×10-12范围变化, 远高于其他地区, 表明此次发生光化学反应较为强烈.

参考文献
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