挥发性有机物及在臭氧生成中的作用课件.ppt
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- 挥发性 有机物 臭氧 生成 中的 作用 课件
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1、邵敏邵敏北京大学环境科学与工程学院北京大学环境科学与工程学院挥发性有机物及在臭氧生成中的作用全国大气污染与气候变化暑期学校全国大气污染与气候变化暑期学校20122012,8 8,北京北京中国城市空气质量快速变化中国城市空气质量快速变化PKU Campus,2009 PKU Campus,2009 Shanghai,2010Shanghai,2010Guangzhou city,2010Guangzhou city,2010PM2.5PM2.5 风暴的启示风暴的启示l空气质量标准的空气质量标准的 Y/NY/Nl大气环境监测的大气环境监测的 T/FT/Fl防治措施的忐忑防治措施的忐忑基于效应的基于
2、效应的控制思路控制思路二次污染二次污染的特性的特性二次污染的二次污染的形成机制形成机制关于推进大气污染联防联控工作改善区关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见域空气质量的指导意见:SOSO2 2、NOxNOx、PMPM1010 和和VOCsVOCs被列为重点污染物被列为重点污染物20102010年年 国务院国务院总量浓度风险管理管理问题问题大气污染防治存在基本问题大气污染防治存在基本问题1 1 1 1 1 11.1.从洛杉矶说起从洛杉矶说起2.2.我国我国O O3 3污染的趋势污染的趋势3.3.挥发性有机物的来源挥发性有机物的来源4.4.挥发性有机物的活性挥发性有机物的活性l
3、1940s1940s,出现浅蓝色烟雾;,出现浅蓝色烟雾;l 1939-19431939-1943年大气能见度急年大气能见度急剧下降;剧下降;l 19431943年夏天,空气具有强年夏天,空气具有强烈的刺激性,特别是粘膜烈的刺激性,特别是粘膜系统,市民眼睛发红,咽系统,市民眼睛发红,咽喉疼痛喉疼痛洛杉矶洛杉矶 (LA)LA)洛杉矶时报(洛杉矶时报(Los Los Angeles TimesAngeles Times)报道帷报道帷幕般的烟雾笼罩了市区,幕般的烟雾笼罩了市区,导致能见度只有三个街区导致能见度只有三个街区的距离了。在热浪中,这的距离了。在热浪中,这种种“气体袭击气体袭击”几乎无法几乎无
4、法忍受,严重刺激眼睛和喉忍受,严重刺激眼睛和喉咙,无处躲避。咙,无处躲避。人们意识到洛杉矶可能发人们意识到洛杉矶可能发生了非常严重的问题!生了非常严重的问题!怀疑是:怀疑是:l 日本毒气攻击日本毒气攻击Japanese gas attacksJapanese gas attacksl 人造橡胶厂排放的丁二烯人造橡胶厂排放的丁二烯Artificial rubber Artificial rubber plantplant-butadiene butadienel 南加利福尼亚州气体公司南加利福尼亚州气体公司Southern California Southern California Gas C
5、ompanyGas Company公众的压力迫使这些工厂暂时关闭,但是烟雾公众的压力迫使这些工厂暂时关闭,但是烟雾污染问题依然严重,证明这些工厂排放的污染污染问题依然严重,证明这些工厂排放的污染物并不是主要原因。物并不是主要原因。LALA当局声称几个月解决问题当局声称几个月解决问题:l 19431943年年1010月,月,Smoke and Smoke and Fumes Commission Fumes Commission 开始研开始研究这一问题;采取了与控究这一问题;采取了与控制烟尘污染类似的措施制烟尘污染类似的措施;l Los Angeles TimesLos Angeles Time
6、s邀请成邀请成功解决了功解决了PittsburghPittsburgh污染污染的专家的专家Raymond TuckerRaymond Tucker提提出洛杉矶问题解决方案,出洛杉矶问题解决方案,提出了提出了2323条建议(条建议(庭院垃圾焚庭院垃圾焚烧和城市卡车冒烟烧和城市卡车冒烟)l 由于事实上燃料里并没有由于事实上燃料里并没有硫,没有硫,没有认为是机动车认为是机动车的的问题问题l 现实是,二战结束后现实是,二战结束后化学化学烟雾污染依旧严重烟雾污染依旧严重;一系列的控制行动一系列的控制行动Warning of Backyard Incinerator Warning of Backyard
7、 Incinerator Ban(1960)Ban(1960)l Haagen-SmitHaagen-Smit:一个:一个关心农作物减产的关心农作物减产的生物化学家生物化学家l 空气中弥漫着有机空气中弥漫着有机化学实验室漂白水化学实验室漂白水的气味的气味l 灵感:原因是阳光灵感:原因是阳光和汽车尾气的作用!和汽车尾气的作用!“Action of“Action of sunlight and sunlight and automotive vapors”automotive vapors”创新的思想创新的思想 (19491949年)年)The Archives,California Instit
8、ute of TechnologyThe Archives,California Institute of TechnologyLos Angles Photochemical SmogLos Angles Photochemical SmogSMOG=SMOSMOG=SMOKEKE+FOFOG G时间时间8:008:0010:0010:0012:0012:00NONONONO2 2O O3 3浓度浓度O3:前体物源排放与影响区域ozone:emission of its precursors and impact area 主导风向主导风向 郊 区 上 风 向郊 区 上 风 向upwind
9、suburbupwind suburb郊区下风向郊区下风向downwind suburbdownwind suburbO O3 3NONONONO2 2NOxNOxVOCs=OVOCs=O3 3NOxNOxVOCs=OVOCs=O3 3城区城区urban areaurban area美国洛杉矶的臭氧浓度变化美国洛杉矶的臭氧浓度变化1 9 4 01 9 4 0,2.8 M 2.8 M v e h i c l e sv e h i c l e s26M vehicles26M vehicles23M vehicles23M vehicles17M vehicles17M vehicles世界卫生组
10、织(世界卫生组织(WHO)WHO),20052005建议大幅度加严近地面建议大幅度加严近地面O O3 3的控制,的控制,8 8小小时平均浓度的推荐控制值为时平均浓度的推荐控制值为 50 ppb50 ppb美国科学院,美国科学院,20042004全美全美2525位顶级学者对位顶级学者对3030余年大气余年大气O O3 3控控制的科学回顾制的科学回顾现实现实:大气:大气O O3 3仍是难以达标的污染物仍是难以达标的污染物教训教训:1.O1.O3 3的生成机制错综复杂;的生成机制错综复杂;2.VOCs 2.VOCs源清单存在错误源清单存在错误科学与需求之间的尖锐矛盾!科学与需求之间的尖锐矛盾!2 2
11、 2 2 2 21.1.从洛杉矶说起从洛杉矶说起2.2.我国我国O O3 3污染的趋势污染的趋势3.3.挥发性有机物的来源挥发性有机物的来源4.4.挥发性有机物的活性挥发性有机物的活性自上世纪末,我国大气污染特征发生重大转折:自上世纪末,我国大气污染特征发生重大转折:SOSO2 2、PMPM1010、NONO2 2等一次污染下降等一次污染下降O O3 3污染和灰霾问题凸显,二次污染日趋严重污染和灰霾问题凸显,二次污染日趋严重P MP M1010SOSO2 2NONO2 2数据:中国环境监测总站数据:中国环境监测总站 “环境质量报告书环境质量报告书”根据文献整理根据文献整理年 均 灰 霾 天 数
12、年 均 灰 霾 天 数O O3 3V Van Donkelaar et al.(2010)an Donkelaar et al.(2010)Lelieveld&Dentener(2000)Lelieveld&Dentener(2000)卫星反演卫星反演PMPM2.52.5浓度分布浓度分布城市群城市群O O3 3 浓度与国外的比较浓度与国外的比较ppb欧洲南加州珠三角北京长三角过去过去1515年间,年间,香港的大气氧香港的大气氧化剂水平快速化剂水平快速上升上升O O3 3:1ppb/yr:1ppb/yr 珠江三角洲大气臭氧浓度的变化趋势珠江三角洲大气臭氧浓度的变化趋势Faster observe
13、d ozone trends in Asia 0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%Saturna Island,B.C.Alert,Nunavut Wallops Island,Virginia Arkona,Germany Hohenpeissenberg,GermanyPayerne,Switzerland Hong Kong,ChinaOkinawa,Japan Tateno,Japan Tsukuba,JapanSapporo,JapanAnnual growth rateLong term trends of surface ozone(1960s-1990s)V
14、ingarzan,2004Vingarzan,2004Beijing-TianjinYRDPRD 中国的城市化:三区九群中国的城市化:三区九群NortheastCentral plainXianChangshaWuhanXinjiangChengyuShandong Peninsula我国东部沿海的我国东部沿海的O O3 3 污染带污染带(Zhao et al,EST,2009Zhao et al,EST,2009)l沿海大气复合污染带?沿海大气复合污染带?l大气复合污染箱中部和西部蔓延?大气复合污染箱中部和西部蔓延?3 3 3 3 3 31.1.从洛杉矶说起从洛杉矶说起2.2.我国我国O O
15、3 3污染的趋势污染的趋势3.3.挥发性有机物的来源挥发性有机物的来源4.4.挥发性有机物的活性挥发性有机物的活性大气挥发性有机物大气挥发性有机物(VOCs)(VOCs)V Volatile olatile O Organicrganic C Compoundsompounds V Veryery O Oftenften C Confused problemsonfused problems V Very-well ery-well O Organized rganized C CompetitionsompetitionsOzone(O3)SOA挥 发 性 有 机 物(挥 发 性 有 机 物
16、(V O C sV O C s)的 作 用)的 作 用 活活性性组组分分汽 车 尾 气汽 车 尾 气涂料涂料油 品 挥 发油 品 挥 发燃煤燃煤清洗清洗生物质燃烧生物质燃烧天然源天然源烷烃烷烃烯烃烯烃芳香烃芳香烃羰基化合物羰基化合物NOxNOxNOxOHHO2NOxO3OH涂料涂料燃煤燃煤清洗清洗生物质燃烧生物质燃烧为什么研究为什么研究VOCsl 近地面臭氧生成的关键前体物近地面臭氧生成的关键前体物;l 二次有机颗粒物的重要前体物,影响细粒二次有机颗粒物的重要前体物,影响细粒子的质量浓度和组成;子的质量浓度和组成;l 一些组分是空气中的毒害物质;一些组分是空气中的毒害物质;l 研究十分欠缺,是
17、目前的薄弱环节研究十分欠缺,是目前的薄弱环节大气大气VOCs的特点的特点l组分复杂组分复杂l来源复杂来源复杂l化学反应复杂化学反应复杂VOCsVOCs研究是国际大气化学的难题研究是国际大气化学的难题 来源量化误差大:来源量化误差大:源的排放量存在数量级的差别,源的源的排放量存在数量级的差别,源的化学组成偏差更大化学组成偏差更大 组分测量不完全:组分测量不完全:测量技术还不能确定全部测量技术还不能确定全部VOCsVOCs的重要的重要组分和含量,活性组分的探究刚刚起步组分和含量,活性组分的探究刚刚起步 反应机理不清楚:反应机理不清楚:VOCs VOCs的化学反应机制在不同大气条件的化学反应机制在不
18、同大气条件下存在很大争议,限制了下存在很大争议,限制了VOCsVOCs活性组分作用的认识活性组分作用的认识(唐孝炎,张远航,(唐孝炎,张远航,邵敏邵敏,20062006,大气环境化学,高等教育出版社),大气环境化学,高等教育出版社)挥发性有机物(挥发性有机物(VOCs)VOCs)是一个难点是一个难点VOCs 的离线分析典型的离线分析系统典型的离线分析系统典 型 的 在 线 分 析 系 统典 型 的 在 线 分 析 系 统PTR-MSPTR-MSTHANK YOUSUCCESS2022-11-22可编辑可编辑区域观测:全国城市及典型地区区域观测:全国城市及典型地区VOCsVOCs空间分布空间分布
19、VOCsVOCs浓度浓度秋季秋季北京市夏季,北京市夏季,20092009代表性代表性 NMHC NMHC物种的日变化(北京)物种的日变化(北京)典型典型OVOCOVOC物种日变化(北京,夏季)物种日变化(北京,夏季)国际城市间VOCs组成特征的比较分析(IGAC Newsletter,2008)(IGAC Newsletter,2008)VOCsVOCs 的化学活性与其浓度水平是同样重要的信息的化学活性与其浓度水平是同样重要的信息(Goldan et al.,JGR,(Goldan et al.,JGR,2004)2004)OVOCsAlkenes/alkanesVOCsVOCs关键活性组分的
20、识别(北京市)关键活性组分的识别(北京市)SO2SO21%1%甲烷甲烷1%1%NMHCsNMHCs30%30%OVOCsOVOCs20%20%COCO32%32%NO2NO214%14%NONO2%2%05101520烷烃烯烃芳香烃天然源烯烃Contribution to OH loss rate in%05101520甲醛C2以上醛酮醇Contribution to OH loss rate in%美国案例美国案例3 3倍倍大气测量的大气测量的浓 度 下 降浓 度 下 降D.ParrishD.Parrish*,W.Kuster,W.Kuster,M.Shao,M.Shao,Y.Yokouch
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