如何理解PM2.5和臭氧的异常高水平

Question

背景

中国东部现在(2017.01)遭受严重雾霾，PM2.5浓度惊人。
能见度低、化学成分复杂的雾霾威胁着数十亿人的健康。

但是当我查看全国各地的污染物浓度时，我发现了一些有趣的现象。

一般

这是中国东部地区PM2.5浓度分布图的快照(摘自aqistudy.cn)。

红色和紫色的圆圈代表PM2.5的高地面负荷。

从上图中，我们可以识别出PM2.5浓度高的地区。

同时，我也剪辑了O3的浓度分布。

从上图可以看出，雾霾区O3污染并不严重。
实际上，PM2.5浓度高的地区，臭氧浓度越低。

这里还提供了实时数据的补充。我选择北京，西安(中国的两个大城市)，舟山(中国东海的一个岛屿)，三亚(中国南海附近)

城市| PM2.5 NO2 | |二氧化硫| O3  ------------------------------------- 北京| 229 | 109 | 381 | 7西安| | 147 | | 34 12舟山| | 70 | | 14 | 28日三亚16 | 9 | 2 | 77 # # #单位:ug / m3

IMHO, PM2.5的高锥数和O3的低锥数可以解释如下:

气溶胶高负荷->强消光效应->周太阳辐射- >o3形成减缓

这是我从Cheng等人那里截取的另一幅图。科学。放置2016。它描绘了不同PM2.5水平下NO2和O3的浓度。

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一个特例

看看安庆市(30.5319°N, 117.1151°E)，它的PM2.5和O3浓度有一个奇怪的现象。(2016-01-04当地时间12:00:00)

图1安庆市和池州市

这两个附近城市的距离都在60公里以内，PM2.5浓度相似，但O3浓度不同

图2安庆市及其周边地区

吸引我的是安庆市与周边地区相比的高性价比。我发现这个功能在中国很少见。

有人有什么理论可以解释吗?任何讨论或建议将是伟大的!

Answer 1

我认为重要的是要记住形成PM$_{2.5}$的机制与形成O$_3$的机制是不同的。

从你提供的数据中，你可以得出一些简单的结论:

• 增加SO$_2$会增加PM$_{2.5}$
• 增加NO$_2$会增加PM$_{2.5}$
• 增加NO$_2$并不一定会增加O$_{3}$

最后一点是你似乎在纠结的问题。我认为你在这里看到的是“周末效应”，即降低NO$_2$浓度会增加O$_3$浓度。在此效应中，硝酸的生成和NO对O$_3$的破坏($\ce{O_3 + NO→O_2 + NO_2}$)减少了臭氧，但增加了NO$_2$。我认为这解释了所看到的现象。

Answer 2

臭氧与温度的关系最为密切。是的，你需要氮氧化物和挥发性有机化合物来产生臭氧，但你也需要足够的由阳光驱动的光解作用来形成臭氧。问题中分析的这一天是在隆冬期间，通常没有足够的阳光让臭氧在大气中积累。此外，当氮氧化物浓度很高(且没有阳光)时，臭氧将逐渐从大气中逸出。相比之下，PM2.5通常在冬季(或夜间)达到最高浓度，因为冬季天气寒冷，混合层较浅，颗粒被困在地表附近。

这些规则也有例外，尽管很少。臭氧的例外情况是，当你在雪层上有非常大的挥发性有机化合物浓度时(例如在油田附近)，因为阳光从表面反射，可能导致两倍的光解。PM2.5的例外情况是当有非常大的来源(例如野火)时，你直接进入烟羽的路径。