华南典型地区大气反应性氮氧化物的污染特征、来源及大气转化过程的研究

发布时间：2017-05-25 20:02

  本文关键词：华南典型地区大气反应性氮氧化物的污染特征、来源及大气转化过程的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮氧化物是大气中重要的痕量气体。它的主要来源包括化石燃料的燃烧,闪电和土壤排放。NO2可以直接影响人体健康,不仅如此,它可以通过大气化学反应形成臭氧改变大气氧化性,导致光化学烟雾；还可以形成硝酸盐颗粒物从而影响太阳辐射,降低大气能见度并酸化降水。由于我国对氮氧化物的控制较晚,导致我国的大气氮氧化物的浓度仍呈现出增长的趋势,因此研究大气氮氧化物在大气中的化学行为对于大气污染的控制具有重要的意义。本文通过对位于珠三角的香港地区氮氧化物的强化观测,有针对性的研究了广泛使用的钼炉法测量N02*在不同地区的表现,并重点分析了观测的NOz中的有机氮氧化物中的PAN以及无机氮氧化物中的HONO在大气中的来源以及在大气中的化学行为。准确的测量大气中的NO2的浓度对于研究氮氧化物对于大气化学反应具有重要的意义。然而普遍使用的钼炉测量法会高估N02 (N02*)的浓度。在本文的研究当中,我们利用更精确的,选择性更高的NO2光学转化器在四个污染程度不同的站点来评估钼炉法测量NO2的误差。结果显示,在受新鲜交通源排放影响很大的路边站,钼炉法测量N02表现良好。但在两个郊区站点,NO2*在中午比NO2平均高估38%-50%。而在高山站点,这个数值超过了130%。进一步的研究发现,N02*的高估程度不仅和站点气团的老化程度有关,而且也和气团中NOz的化学组成有关。本文尝试利用多元线性回归的方法,利用常规站点可获取的NO, NO2*和03对这一测量误差进行校正。校正公式在各自的站点可以较好的表示测量误差,但却由于不同站点NOz的成分不同,使我们很难得到一个适用于不同站点的统一公式。针对这一情况,本文认为在远离氮氧化物源排放的站点,不建议利用钼炉法测量N02,或者将其改装后测量总活性氮氧化物(NOy)。本文通过于2010-2012年期间分别在位于香港市区,郊区和海岸的三个不同的站点对主要的大气氮氧化物及其相关污染物进行了强化观测。结果表明,香港地区受氮氧化物的影响明显,其CO/NOy, SO2/NOy的比值远小于珠三角和国内其他城市。香港的城市、郊区以及偏远地区的总活性氮氧化物中(NOy)都是以NOx为主,NOx占NOy比例分别为91%,81%和75%以上。在氮氧化物的氧化产物(NOz)中主要以无机氮氧化物为主。我们通过NOz与“奇氧”OX=O3+NO2计算了香港的城市、郊区以及偏远地区三个站点的臭氧生成效率(OPE),其数值分别为4.2、6.3和10.8 ppbv/ppbv,这表明香港市区的臭氧生成主要受VOCs控制；在受到来自珠江三角洲(PRD)地区的气团的影响时,香港的臭氧生成主要受VOCs和NOx的共同控制；位于城市和PRD下风向的郊区站点臭氧的生成主要受NOx控制。这一结果可以为香港政府制定控制臭氧的政策提供依据。另外,本研究通过2010年在香港理工站点和香港鹤咀对PAN的加强观测探明了PAN的浓度水平及季节变化特征。香港地区PAN的平均浓度较低,但在不利条件下出现超过4ppbv的峰值,且秋季浓度高于夏季。通过PAN与03以及PAN与NOz相关性分析研究了PAN的光化学生成效率,结果表明香港地区PAN的VOCs前体物浓度较低,且在香港的光化学反应过程中,N02更多的向硝酸气或硝酸盐的通道转化。通过后推气流轨迹、探明了香港地区的气团传输对于PAN的影响。对比分别来自PRD,中国东部,中国中部以及海洋的四种气团后发现、来自珠江三角洲(PRD)的气团中PAN的浓度最高,约为1.2ppbv;来自海洋的气团中PAN的浓度最低,约为0.15 ppbv,且该值可以作为PRD地区PAN的背景浓度。针对PRD地区关于PAN的研究较少的这一现状,本研究可以对这一领域提供有效的补充,同时研究期间得出的相关参数也可为模式模拟提供重要参考。本研究还于2011-2012年在不同季节的代表性月份对东涌站点大气中的HONO进行了观测,并分析了HONO浓度的季节性变化,排放因子以及它的非均相形成速率。结果表明东涌地区HONO存在明显的季节变化,春末HONO浓度最低,为0.35±0.30ppbv;秋末HONO浓度最高,为0.93士0.67 ppbv。观测期间,HONO, NOX与交通流量从午夜到清晨有着相似的变化趋势,这表明东涌站点的HONO浓度明显受到交通源的影响。通过分析选取的21个新鲜排放的交通源尾气NO/NOX 0.80,我们得出HONO的汽车排放因子(HONO/NOX)为0.5%-1.6%,且它的变化趋势与新鲜排放的气团中BC浓度成明显正相关。这表明不同气团中HONO排放因子的差异可能是由于N02在BC上的非均相转化导致的。通过分析9个夜间的HONO生成的个例,我们发现东涌地区NO2在地面通过非均相转化成HONO的速率相对较低,约为0.0052 h-1。本文研究结果明确了不同的HONO汽车排放源以及不同环境下N02在地面非均相转化速率存在着差异性,因此相关的大气模式在模拟HONO来源时也应当考虑到这样的差异性。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X511
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第一章 绪论13-30
• 1.1 研究背景13-17
• 1.2 国内外相关研究进展17-27
• 1.2.1 氮氧化物(NO_x)17-20
• 1.2.2 过氧乙酰硝酸酯(PAN)20-23
• 1.2.3 亚硝酸气(HONO)23-27
• 1.3 香港地区大气污染的发展历程27-28
• 1.4 研究内容28-29
• 1.5 创新点29-30
• 第二章 观测实验与研究方法30-41
• 2.1 观测实验概述30-32
• 2.1.1 东涌站点30-31
• 2.1.2 香港理工大学站点31-32
• 2.1.3 鹤咀观测站32
• 2.2 仪器介绍32-38
• 2.2.1 氮氧化物组分的测定32-34
• 2.2.2 PAN的测量34-35
• 2.2.3 HONO的测量35-36
• 2.2.4 HNO_3与气溶胶NO_3~-的测定36-37
• 2.2.5 其他相关污染物的测量37-38
• 2.3 分析方法38-41
• 2.3.1 后推气流轨迹分析38-40
• 2.3.2 聚类分析40-41
• 第三章 不同环境下钼炉法测量NO_2的评估41-48
• 3.1 实验设计41-42
• 3.2 结果与讨论42-44
• 3.3 气团老化以及组成成分对NO_2测量误差的影响44-45
• 3.4 NO_2~*的校正45-47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 香港地区的活性氮氧化物的污染特征48-60
• 4.1 不同站点污染水平48-53
• 4.1.1 理工站点48-49
• 4.1.2 东涌站点49-51
• 4.1.3 鹤咀站点51-53
• 4.2 不同站点NO_y的化学组分53-56
• 4.3 臭氧生成效率56-59
• 4.4 小结59-60
• 第五章 香港地区城市和背景站过氧乙酰硝酸酯(PAN)的生成效率和区域传输60-70
• 5.1 PAN的时间序列变化及统计值60-63
• 5.1.1 理工大学站点60-61
• 5.1.2 鹤咀站点61-63
• 5.2 PAN日变化趋势63-65
• 5.3 臭氧与PAN的生成效率的关系研究65-66
• 5.4 区域传输对PAN的影响66-68
• 5.5 小结68-70
• 第六章 香港地区HONO的季节变化,汽车排放、非均相形成过程以及对OH的贡献70-85
• 6.1 HONO的季节变化70-71
• 6.2 HONO日变化趋势71-73
• 6.3 HONO的汽车排放73-78
• 6.4 NO_2的非均相反应78-81
• 6.5 HONO对于OH的贡献81-83
• 6.6 小结83-85
• 第七章 结论和展望85-88
• 主要结论85-86
• 不足与展望86-88
• 参考文献88-101
• 致谢101-103
• 博士期间论文发表情况103-105
• 附件105-130

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 周炎;岳玎利;钟流举;曾立民;;广东鹤山地区夏季大气中PAN污染特征[J];环境监测管理与技术;2013年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 薛丽坤;中国地区低对流层高层大气化学与长距离输送特征研究[D];山东大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张华龙;华北地区与青藏高原过氧乙酰硝酸酯（PAN）的观测研究[D];中国气象科学研究院;2013年

  本文关键词：华南典型地区大气反应性氮氧化物的污染特征、来源及大气转化过程的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：394812