应用OMI卫星资料和地面观测数据研究珠江三角洲臭氧敏感性特征

Ozone pollution is one of the most prominent air pollution problems in Pearl River Delta (PRD) region. Ozone formation sensitivity to volatile organic compound (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) varys both geographically and temporally. At the present, the zone sensitivity study over the nine cities of PRD is not systematical and comprehensive. Space-based observation by satellite shows that the ratio of formaldehyde (HCHO) to nitrogen dioxide (NO2) is a reasonable indicator (called FNR) for near-surface ozone chemical sensitivity. When FNR<1, ozone is controlled by VOCs; when FNR>1, ozone is controlled by NOx; when 1<FNR<2, ozone is controlled by both precursors. However, the regime transition also varies geographically and temporally. This study will apply OMI (Ozone Monitoring Instrument) observation and in-situ ozone and meteorology measurements to systematically and comprehensively study the spatial and temporal characteristics of nine city sub-regions’ ozone sensitivity. The meteorological influences to ozone sensitivity and the suitability of the threshold criteria of FNR will also be analyzed and evaluated. Finally, local threshold criteria of ozone sensitivity will expect to be put forward. The study will provide important scientific basis for scientific and refined emission control policies-making, regional ozone concentration reduction and air quality improvement over PRD area.

臭氧污染已成为珠江三角洲地区突出的大气污染问题之一。臭氧对挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NOx）的敏感性随时间和空间不同而发生变化。目前针对珠三角九个城市不同季节臭氧敏感性的研究尚不系统、全面。卫星观测的甲醛（HCHO）与二氧化氮（NO2）柱浓度的比值（FNR）可以合理有效地表示近地面臭氧生成的化学敏感性。当FNR<1时，臭氧由VOCs控制；FNR>1时由NOx控制；1<FNR<2则由VOCs和NOx共同控制。然而这一阈值划分标准同样受时间、空间影响。本研究拟应用臭氧监测仪（OMI）卫星观测资料和地面臭氧、气象观测数据，对珠三角九个城市分区域的臭氧敏感性空间分布和时间变化特征进行全面、系统研究，分析其气象影响因素，探讨FNR阈值划分标准的适用性，建立更加符合本地特征的阈值标准。研究结果将对未来珠三角地区制定科学合理的污染排放控制措施，降低区域臭氧浓度，改善空气质量提供重要科学依据。

臭氧污染已成为珠江三角洲地区（简称珠三角）突出的大气污染问题之一。本项目应用臭氧监测仪（OMI）卫星观测资料和地面、气象观测数据，对珠三角各城市分区域的臭氧敏感性时空变化特征进行全面、系统研究，分析其气象影响因素，建立更加符合本地特征的FNR（OMI对流层甲醛柱浓度/二氧化氮柱浓度）阈值标准。研究结果包括：（1）建立了珠三角覆盖城区、郊区、乡村的土地利用分类图，结果显示珠三角中心为城区，其外围为郊区，最外围为乡村，各区域占比分别为34.9%，22.9%和42.2%。（2）2012-2016年珠三角FNR月变化呈现明显的周期变化（R2为0.87），五年中FNR呈现上升趋势（从2.04上升到2.22），表明臭氧敏感性逐渐趋向于NOx控制。一年中3/4月-10/11月为NOx控制，其他月份为协同控制。（3）FNR空间分布呈现梯度变化特征，即城区<郊区<乡村，从中心到外围依次为VOCs控制、协同控制和NOx控制。（4）中心城市（广州、佛山、东莞、深圳、珠海、中山、香港、澳门）夏季为NOx控制，冬季为VOCs控制，春秋季为协同控制；周边城市（惠州、江门、肇庆）春、夏和秋季均为NOx控制，冬季为协同控制，并主导了整个珠三角的敏感性特征。（5）中心城市FNR与气温（T2）、地表太阳辐射（SSR）、总水汽柱浓度（TCW）和气压（SP）之间存在显著相关（R分别为0.88、0.71、0.87和-0.88）。臭氧敏感性分别在T2<296K、>302K，SSR<1.0×107J/m2、>1.15×107J/m2，TCW<37.4kg/m2、>55kg/m2，SP>101050Pa、<100250Pa的气象条件下为VOCs和NOx控制；周边城市FNR与T2、SSR、TCW和SP之间也存在显著相关（R分别为0.84、0.62、0.88和-0.89）。（6）珠三角FNR本地化阈值标准为：FNR<1.25为VOCs控制，1.25<FNR<2.39为协同控制，FNR>2.39为NOx控制。该标准降低了原阈值划分标准（协同控制上下限为2和1）对珠三角臭氧敏感性的高估。研究为珠三角制定更加科学、合理、精细化的臭氧污染防治对策提供了科学依据和数据基础；本地化FNR阈值划分标准的建立也为国内乃至世界不同地区开展基于卫星数据的臭氧敏感性研究提供了技术方法。