论文总字数：17365字

目 录

1. 引言 3

1.1研究背景与意义 3

1.2国内外研究现状 4

1.3国内外研究存在的问题及本文可取性 5

1.4研究内容与目标 5

1.4.1 研究内容 5

1.4.2 研究目标 5

2. 结果与讨论 6

2.1 冬夏季不同站点PM_2.5与O₃的污染状况 6

2.2 冬夏季不同功能区PM_2.5与O₃的日变化规律 6

2.3 PM_2.5和O₃的空间分布规律 9

2.4 冬夏季PM_2.5与O₃的相关性分析 10

2.5 冬夏季PM_2.5与O₃的相互作用机理 11

2.5.1 冬夏季PM_2.5与O_3max浓度的关系 11

2.5.2 夏季不同O_3max条件下二次气溶胶的估算 12

2.5.3 PM_2.5与O₃相互作用机理 13

3. 结论 14

参考文献 15

致谢 18

北京市PM_2.5和O₃的污染特征及其相互反馈

路淑华

,China

Abstract

We collected the concentration data for 35 contaminants in the 35 automatic air quality monitoring stations in Beijing from 2016 to 2017 in winter (December 2016 to February 2017) and in summer (June to August 2016), and extracted PM_2.5 and O₃ from them, the time distribution and spatial distribution of PM_2.5 and O₃ are obtained through correlation calculation and analysis, and the interaction mechanism between PM_2.5 and O₃ is discussed. The results showed that the PM_2.5’s concentration in Beijing was higher than that in the summer, and the highest concentration was the traffic station, and summer were the same. The lowest concentration was the suburbs. O₃ summer’s concentration was higher than the winter’s concentration, which the highest in the summer was suburban station, the lowest was the traffic station; For winter the highest was control station, the lowest was the traffic station. In terms of spatial distribution, the concentration of PM_2.5 was increasing from north to south both in winter and summer, and the spatial distribution of winter is larger in terms of color. The trend of O₃’s concentration in the whole of winter and summer is decreasing from north to south, and the distribution of winter is even worse. In addition, when the maximum daily ozone concentration O_3max growth, PM_2.5’s concentration is also increasing, both show a positive correlation; In winter,when PM_2.5’s concentration increases, O₃’s concentration is constantly decreasing, both show Negative correlation.

Key words: PM_2.5；Ozone；temporal and spatial distribution；atmospheric oxidation．

引言

1.1研究背景与意义

我国社会经济的发展促使着工业发展的速度不断加快，各类能源消耗有很大增长，排放出的污染物也相应增多。从2012年开始，深秋到早春这段时间里北京出现的多次重度霾天气已经引起了公众对目前大气环境的高度重视。在这些污染物中颗粒物的贡献比重较大，因此也成为了现阶段我国许多个城市的大气监测网中中首要的监测项目。根据目前的情况，新的环境监测标准于2013年开始在北京推行，即NAAQS-2012标准，官方会在网络平台上公布每个站点每小时的空气质量监测数据，这为研究者提供了一个新的方式来分析北京空气质量的变化和空间模式。

对于颗粒物的污染的探讨，首先其污染源就有多个方面，包括街道尘土、汽车的尾气排放、煤的燃烧、动植物体的燃烧以及工业的排放等等。而在这些污染产物中，PM粒子特别是PM_2.5粒子，被公认为是造成北京市空气污染问题的最主要的原因。另外，私家车数量的增多使如今产生了更多的汽车尾气，而汽车尾气的大量排放（汽车尾气中含有NO_x，能够参与光化学反应）导致了北京市O₃污染的问题也越发的严重。

PM_2.5的定义是指粒子的粒径D_p≤2.5μm的颗粒物的质量浓度的一种表示方法^[4]。它能够较长时间地悬浮在大气当中,浓度过高的PM_2.5会导致大气污染程度的加重。此外，PM_2.5不仅能够散射或吸收太阳光从而影响大气的能见度，而且它还是大气中的许多有害的化学反应的反应基底。另外，当人体吸入这些粒子时，会导致呼吸道、肺部的损坏，从而对人的健康造成不利影响。

O₃虽然在大气中含量并不是很高，但是作用却很重要。大约有9成的O₃都集中在10~30km的平流层之中，仅仅有1成的O₃存在于对流层之中^[4]。平流层中的O₃对人类有利，能吸绝大部分紫外线，大大减小到达地面的紫外辐射，从而减小紫外线对人与动植物的伤害。然而对流层大气中过高的O₃浓度却会影响人的健康，它会损害人体的呼吸道。另外，具有强氧化性的O₃，易于与大气中其他物质反应，从而造成光化学污染。城市中 O₃的形成其实是一个复杂的过程，大气中存在着O₃的前体物，它们之间的光化学反应是O₃的重要来源。

我们采集了北京市从2016年6月~8月以及2016年12月~2017年2月的所有站点中O₃和PM_2.5的每小时空气质量的数据，然后利用相关性分析、反距离加权插值法等手段研究了二者的时间分布、空间分布以及相互作用机制，对于探讨影响北京空气质量的潜在原因具有重要意义。

1.2国内外研究现状

2012年我国开始实行新的国家大气环境质量标准，2013年北京市推行了新的环境监测标准，开始公布每小时的空气质量指数与6种污染物（NOx、O₃、PM颗粒物、CO等）的实时浓度，以此来提供空气质量评估的细节信息。此外，新建立的众多数据采集点也为众多学者研究提供了数据来源：京津冀大气环境实时监测与预警观测网是由中科院大气物理研究所发起建立的^[1], 它不仅可以监测北京各地区的实时浓度，还可以对污染情况做出及时的预警预报。中国科学院大气物理研究所 的325 m 铁塔（北京地区）、天津气象局 的255 m 铁塔、奥运村以及河北省的一系列站点都被包含在内。而且为了能够观测NOx、PM_2.5 、O₃和SO₂等污染物，这些站点还购进了一些先进的仪器。

根据辛金元、王跃思等人^[1]对京津冀地区的研究（以污染物浓度的8h滑动平均值作为标准）得出结论：是京津冀地区夏季臭氧和PM_2.5的浓度都比较高。另外，臭氧浓度的高值一般都出现在北部与西部地区（这些地区多为山区），导致这些地区的大气氧化性增高；细粒子的污染也存在各地区分布水平相差较大的情况,而且积累与清除的过程是周期性的。

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