卫星观测资料改进VOCs源强对自由基和臭氧生成率的影响

Non-methane volatile organic compounds (NMVOCs) are key precursors of the photochemical reactions which produce ozone and secondary organic aerosols. NMVOCs are playing a significant role in the formation of the complex regional air pollution in the Beijing–Tianjin–Hebei region (BTH), Yangtze River Delta (YRD), and Pearl River Delta (PRD) of China. However, considerable uncertainties still exist in NMVOCs emissions over China and could lead to significant variations in the budget of the sum of hydroxyl (OH) and peroxy (HO2, RO2) radicals (ROx = OH + HO2+ RO2) and the ozone production rate [P(O3)], satellite measurements of formaldehyde (HCHO) columns offer ‘‘top-down’’ constraints to better quantify the emissions of reactive NMVOCs with a high temporal resolution, HCHO is a high-yield intermediate product from the oxidation of NMVOCs emitted by anthropogenic, biogenic, and biomass burning activities. We plan to use the satellite HCHO column data as constraints on NMVOC emissions from the BTH、YRD and PRD of China with the WRF-Chem model version 3.5 to improve VOCs emissions. We would evaluate and validate the rationality of the improved method through by comparison with other surface measurements. We would evaluate the impacts of the improvement of VOCs emissions on the on the hydroxyl and peroxyl radicals and ozone production rates.

挥发性有机化合物（VOCs）是光化学反应产生臭氧（O3）和二次无机和有机气溶胶的重要前体物，对我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域性复合大气污染起着关键作用，因此对VOCs源强的准确估算具有重要的理论和实际意义。由于VOCs排放分散性、来源复杂性，以及基础数据缺乏，以自下而上的方式建立的VOCs排放源清单一直具有较大的不确定性。利用卫星资料改进VOCs排放源清单是目前排放源清单改进的重要方法之一。本项目以京津冀、长三角、珠三角区域为研究对象，利用卫星观测的HCHO柱浓度和WRF-Chem模式模拟结果，建立卫星观测HCHO柱浓度约束活性VOCs源排放量的线性回归方程，利用最新的卫星观测数据对VOCs源排放量进行改进，同时，通过与其他地面观测结果的对比，评估与验证该改进方法的合理性，评估源改进后VOCs源强对大气中自由基、O3以及O3生成率等影响。

挥发性有机化合物（VOCs）是光化学反应产生臭氧和二次无机和有机气溶胶的重要前体物，对我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域性复合大气污染起着关键作用，因此对VOCs源强的准确估算具有重要的理论和实际意义。由于VOCs排放分散性、来源复杂性，以及基础数据缺乏，以自下而上的方式建立的VOCs排放源清单一直具有较大的不确定性。利用卫星资料改进VOCs排放源清单是目前排放源清单改进的重要方法之一。本项目以京津冀、长江三角洲、珠江三角洲为研究对象，利用卫星观测的甲醛（HCHO）柱浓度和WRF-Chem模式模拟结果，分区建立了OMI卫星观测HCHO柱浓度约束活性VOCs源排放量的回归方程，求解回归方程，得到了OMI卫星观测HCHO柱浓度约束下各分区活性VOCs源排放量。经卫星观测资料约束后，人为源在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲三个区域分别增加了1.51倍、1.87倍和1.93倍；生物质燃烧源在三个区域分别增加了12.2倍、6.15倍和2.27倍，生物源的调整相对较小，在三个区域分别增加了1.66、1.31和1.21倍。通过VOCs源改进前后O3、NO2、PM2.5、自由基总和(ROx)模拟与观测对比，WRF-Chem模式与OBM模式模拟臭氧生成率(P(O3))对比，评估了卫星观测HCHO柱浓度约束VOCs源方法的有效性。利用卫星观测HCHO柱浓度对地面活性VOCs源强约束并改进后，白天自由基浓度、主要污染物浓度以及P(O3)模拟均有不同程度的改善，改进程度比仅考虑人为源的影响更大。完成了VOCs源改进前后WRF-Chem模式模拟浓度场、P(O3)及自由基与NOx反应的去除率(Ln)/自由基生成率(Q)对比工作，分析了VOCs源强改进对浓度场、P(O3)及Ln/Q影响。VOCs源强改进后，ROx浓度在冬季变化幅度和范围较大，秋季次之，夏季变化幅度和范围最小；O3浓度在各个季节均有不同幅度的增加，冬季增加幅度和范围较大，春季增加幅度最小；P(O3)增幅的季节和区域变化与O3浓度增加的季节和区域变化一致；部分地区O3生成从VOCs敏感区（Ln/Q>0.5）转变为NOx敏感区（Ln/Q<0.5）。