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以细粒子浓度高,大气氧化性增强为主要特征的复合型大气污染是我国经济迅猛发展和快速城市化地区面临的严重环境问题。从城市和区域尺度来研究这类大气污染的特征、规律,分析其来源和成因,对于改善这些地区的空气质量、逐步控制和解决空气污染具有十分重要的意义。
本文采用数值模拟的方法,围绕区域大气复合污染中两个热点问题一大气氧化性增强和细粒子浓度增加进行了全面探讨,建立了二次有机气溶胶模块,提出了大气氧化性定量表征方法,并以珠江三角洲区域为例,进行了区域大气复合污染状况的模拟研究。主要内容包括:修订了二维空气质量模式中的气相化学反应机理,并将所建立的二次有机气溶胶模块连同ISORROPIA无机气溶胶模块耦合到了原有二维空气质量模型中,实现了对气态和颗粒态污染物的同时模拟。在对区域源排放和气象场进行模拟、并利用实测数据对模型进行验证的基础上,模拟了该区域大气复合污染状况,结合源排放和气象场特征对模拟结果进行分析解释。在模型模拟结果基础上,分析了不同类型源和前体物对二次有机气溶胶生成的影响以及二次有机气溶胶在珠江三角洲地区大气污染中的地位。以碳氢化合物和SO<,2>的特征时间定量表征大气氧化性,首次提出了大气氧化性指数概念。在此基础上,初步探讨了大气氧化性与大气氧化剂、二次污染物形成之间的关系。主要结论如下:
在前人工作基础上建立了能够模拟大气二次有机气溶胶形成的空气质量模式,并以珠江三角洲地区为例,进行了模式的验证和应用研究。结果显示,改进的模式能够很好的模拟区域大气中气态和颗粒态污染物。
对区域空气质量的模拟结果显示,在模拟时段,光化学烟雾污染主要出现在珠江三角洲东南部,该区域臭氧和二次有机气溶胶浓度均较高,大气呈现复合污染特征:颗粒物无机组分的空间分布主要受一次源排放影响,浓度高值区位于西部点源密集的老城区。受气象场影响,上述污染区的下风向地区污染物浓度也较高。
利用建立的二次有机气溶胶模块对珠江三角洲区域大气二次有机气溶胶来源模拟的结果显示,在该区域二次有机气溶胶生成主要来自生物源贡献,占总生成量的80%。从二次有机气溶胶的前体物来看,生物源中萜烯和其它VOC对二次有机气溶胶形成的贡献相当;异戊二烯对该区域二次有机气溶胶生成没有明显影响;人为源中芳香族化合物对二次有机气溶胶形成的贡献较大。利用提出的大气氧化性指数概念实现了对大气氧化性的定量表征,对珠江三角洲区域大气的模拟结果显示,大气氧化性指数高值区位于珠江三角洲区域的西南部,与光化学烟雾中形成的臭氧和有机颗粒物污染的空间分布大体一致,并且大气氧化性指数增加与二次有机气溶胶形成在珠江三角洲区域具有相似的变化趋势。氧化剂中,OH自由基对大气氧化性指数贡献率最大,占58%左右,之后依次为:除被OH自由基氧化外,SO<,2>的其它氧化反应;醛类的光解反应;O<,3>,O和NO<,3>自由基的贡献较小,NO<,2>与异戊二烯的氧化反应几乎对IAOC没有贡献。