应用OBM模型研究广州臭氧生成与前体物的关系.pdf

第四届环境模拟与污染控制学术研讨会论文集应用O B M 模型研究广州臭氧生成与前体物的关系作者姓名：高东峰，张远航，曹永强 单位：北京大学环境学院 l 课题背景： 0 B M 是用实际观测资料来评价大气臭氧生成对V O C 排放和人为N O x 排放的相对灵敏 性的技术0 B M 不需要源清单，这减少了很多不确定性：O B M 对气象资料的要求不高， 操作相对于空气质量模型简单；O B M 可以针对具体物种分析其在臭氧生成过程中的作用， 进而分析各类物种对臭氧生成的贡献此外，0 B M 模型作为一种诊断模型，不能用来预 测到底削减多少臭氧前体物的排放才能达到臭氧污染标准，因此该模型只能作为已有的 成熟的空气质量模型的补充( C a r d e l i n o ，1 9 9 5 ：S i l l m a n ，S ．，2 0 0 2 ) 在国内，气态污染物的监测基本限于无机气体，很少有全面的V O C s 数据，由于0 B M 对数据的连续性和同步性要求很高，因此，0 B M 的应用还处于研究性的阶段，真正广泛的应用还需要开展更多的监测项目 本文结合2 0 0 0 年7 月份和1 1 月份在广州地区及周边地区测定的有机和无机气体数 据，以及气象数据，应用O B M 模型对广州地区光化学污染进行初步的诊断分析。

2 研究方法：2 ．1O B M 模型 0 B M 是美国乔治亚理工学院的C ．A ．C a r d e l i n o 和W ．L ．C h a m e i d e s 在1 9 9 5 年开发的一 个简单的盒子模型，假设盒子内污染物充分混合，在一些物种( 包括N 0 x ，V O C s ，C O ， 0 3 ) 实测逐时浓度数据的约束下，模拟大气化学过程，研究臭氧的生成机制及其对V O C s 和N O x 的敏感性踹一ⅣD ( x ) 一赣ⅣD ( x 一从)————面■一；n 一一一 R I R s ( ∞= ———』罢尝誉￥—一一竺生型 S ( x )公式l公式( 1 ) 中P 0 3 - N o = 0 3 净生成- N O 净消耗，表示模型计算的早晨0 7 ：0 0 到1 9 ：0 0 间 1 2 个小时内生成的臭氧同消耗的N O 总量，我们称之为臭氧生成潜势，X 代表某个特定 物种，S ( X ) 是在1 2 小时内物种X 的排放总量，△S ( X ) 是假设的源效应变化造成排放总量 的变化，△X 是由于假设的源效应变化造成物种X 浓度的变化量，R I R 体现的是P 0 3 ．N o 变 化的百分比同特定物种源变化百分比的比率。

0 B M 中应用的源是根据监测物种浓度计算出来的源效应，并不是根据源清单得出的源数据 2 ．2 监测数据 模型研究过程中的数据都是摘自北京大学环境科学中心2 0 0 0 年主持的广州项目，选 取广州市环境保护研究所的2 0 0 0 年7 月和1 1 月的数据，花都7 月以及新垦1 1 月的四组平均数据分析 2 ．2 ．1 有机物数据 有机物监测的物种为臭氧前体物涵盖的5 4 种常见有机物，经过处理得到小时平均浓 度，应用C B —I V 机理，把物种分裂成基团小时浓度数据，直接用于模型 对有机物数据还进行了浓度分析和活性分析，以确定与0 H 反应的主要活性物种2 ．2 ．2 无机物数据 无机物包括N O ，0 3 ，C O ，监测过程中没有监测N 0 2 ，模型计算时根据经验方法，取一个初值C N 0 2 = C N o ／2 无机气体浓度的相对比较也能为污染状况提供参考3 1 9第四届环境模拟与污染控制学术研讨会论文集2 ．2 ．3 气象数据 模型需要计算时段的逐时气温，以及当天的最大和最小混合层高度模型中还用到 了各个天顶角对应的光解速率，借助T U V 模型并参照气溶胶光学厚度等参数进行计算得到。

3 结果与讨论：图l 四组模拟R I R 结果的比较 如图l ，列出了四组数据计算R I R 的结果7 月，代表典型城市的环保所同代表近郊 的花都相比，环保所V O C 浓度是花都的近两倍，而环保所N O 的浓度则远远高于花都， 环保所T H C ／N O 为5 ．9 ，花都为1 7 ．5 前体物浓度和T H C ／N O 比值的差别反映了两地污染 特征和污染物来源的不同与此相应，环保所7 月A H C 的R I R 高达0 ．1 8 ，大于N O 的R I R ( 约 O ．0 7 ) 数值的两倍多，说明在城市环境中由于N O 浓度水平高，臭氧生成对V O C 浓度的变 化十分敏感，臭氧生成处于臭氧的V O C 控制区在花都，由于N 0 很低，V O C s 浓度相对 于N 0 高很多，N 0 的R I R 约0 ．1 ，比A H C 的R I R0 ．0 8 略高，花都大气臭氧的生成对N 0 相对比较敏感，处于臭氧生成的N O x 控制区 1 1 月，环保所A H C 的R I R 远大于N O 的R I R ，表明在秋季，市区大气臭氧生成仍处于 臭氧的V O C 控制区，臭氧对A H C 的变化十分敏感。

在城市下风向的新垦，其N 0 浓度水 平与广州环保所相近，而V O C 新垦则相对高一些，计算结果表明，新垦N O 的R I R 数值 为O ．1 ，而A H C 的R I R 则约为O ．0 6 ，说明在新垦局地大气臭氧的生成处于臭氧的N O x 控 制区，臭氧浓度的变化对N O x 比较敏感 为了考察不同源效应削减百分比对不同物种R I R 计算结果的影响，对4 组模拟中的 源效应削减不同百分比，分别计算各物种的R I R ，模拟结果表明R I R 对源效应削减比率不敏感，所以本文选取源效应削减1 0 ％计算具有代表性 计算表明N O 浓度水平对于计算结果有较大影响，由于数据有限，选择了多日有机物 平均，对应的选择了N O 等无机物的多日平均，而各天污染物种浓度差别很大，一定程 度影响了计算的合理性，在数据充足情况下应该对每天进行分析 模型计算时给定H N 0 2 初值，对计算结果观察发现，程序运行过程中H N 0 2 浓度很快 下降到i p p b 以下，而H N 0 2 监测浓度在白天也较高，可见原模型低估了H N 0 2 在光化学 反应过程中的作用，而且有研究表明清晨和白天高浓度的H N 0 2 对光化学过程可能有较 大影响，需要在后续研究中考虑试图解决这个问题。