广州城区大气类异戊二烯组成特征、浓度水平、来源解析及其大气化学活性研究

摘要

异戊二烯和单萜烯等类异戊二烯是重要的生物源挥发性有机物（BVOCs），其全球排放量大、化学活性强，对大气环境质量、全球气候变化以及全球碳循环具有重要影响。另外，类异戊二烯在大气中的化学反应会消耗羟基自由基等氧化剂，进而延长CH4和CO等温室气体的寿命，导致间接的温室效应。
　　目前针对珠三角地区有关类异戊二烯的研究主要集中在类异戊二烯排放通量的观测与模型估算，有关环境空气中类异戊二烯浓度水平、组成特征及其来源识别与定量方面的研究较少。本文选取广州市城区作为观测站点，研究了广州城区类异戊二烯的组成特征、浓度水平及其时间变化特征；然后采用PMF模型对广州城区异戊二烯的来源进行识别与定量；最后利用等效丙烯浓度和臭氧生成潜势（OFP）的方法来估算类异戊二烯对广州城区近地面臭氧（O3）的贡献。主要结论如下：
　　（1）共测定了异戊二烯、α-蒎烯和β-蒎烯3种类异戊二烯组分。在4个季节中，异戊二烯在3种类异戊二烯中所占比例最大，其比例在70.9%-96.9%之间。α-蒎烯的比例次之，其比例在2.6%-23.5%之间。β-蒎烯在3种类异戊二烯所占比例最小，其比例仅在0.6%-5.7%之间。
　　（2）异戊二烯在夏季（4.37ppbv）和秋季（1.10ppbv）白天平均浓度明显高于异戊二烯在春季（0.14ppbv）和冬季（0.24ppbv）的白天平均浓度（p＜0.05）。α-蒎烯也呈现夏季（116pptv）和秋季（198pptv）浓度较高，而春季（59pptv）和冬季（53pptv）较低的特点。β-蒎烯在4个季节的浓度都较低，β-蒎烯浓度在10-25pptv之间，季节变化不明显。
　　（3）广州城区8月份和12月份异戊二烯浓度表现出不同的日变化特征。夏季异戊二烯浓度与环境温度、光照强度以及异戊二烯标准排放速率具有相似的日变化规律，在中午或下午达到较高值，而在早上或夜间浓度较低；而冬季异戊二烯浓度与温度、光照以及异戊二烯标准排放速率的日变化规律并不一致，尤其是在较冷的时候。而且8月份异戊二烯浓度与标准化排放速率的相关性（r=0.75）要强于12月份异戊二烯浓度和标准化排放速率的相关性（r=0.50），表明冬季生物源异戊二烯的排放强度有所降低，而其它人为源对异戊二烯的贡献有所增高，改变了异戊二烯的日变化规律。
　　（4）α-蒎烯在8月和12月份呈现相似的日变化规律，即α-蒎烯在夜间浓度有所增高，在早上又有所降低，而且在中午处于较高的浓度水平，表明α-蒎烯日变化可能受到生物源排放强度和大气稀释扩散的共同影响。β-蒎烯浓度很低，在8月份和12月份β-蒎烯无明显日变化规律。
　　（5）利用PMF模型识别出6个排放源对广州8月份和12月份的非甲烷挥发性有机物（NMVOCs）有贡献。其中对异戊二烯有贡献的源主要包括4类：生物源排放，交通源排放、溶剂使用和LPG使用。8月份和12月份的异戊二烯都以生物源排放为主，其比例分别为84.4%和70.6%，与8月份相比12月份生物源对异戊二烯的贡献比例降低了16.4%。8月份，交通源、LPG使用和溶剂使用对异戊二烯的贡献比例分别为：14.0%、0.3%和1.3%；12月份，交通源和溶剂使用对异戊二烯的贡献比例分别为：8.0%和21.4%。
　　（6）等效丙烯浓度计算结果显示，异戊二烯是关键活性组分，在4个季节异戊二烯的等效丙烯浓度为位居前10。OFP计算结果表明，异戊二烯在夏季（120.7μg/m3）和秋季（30.3μg/m3）具有较高的OFP，占NMHCs总OFP的比例分别为49.6%和17.7%。生物源异戊二烯在8月份和12月份 OFP分别为45.4μg/m3和3.9μg/m3，占NMHCs总OFP的比例分别为22.9%和3.9%。而人为源异戊二烯在8月份和12月份的 OFP占 NMHCs总 OFP的比例仅为1.6%和4.2%。因此，生物源异戊二烯对夏季近地面O3生成具有较大贡献。

目录

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第1章 绪论

1.1 生物源挥发性有机物概述

1.2 生物源挥发性有机物的环境效应

1.3 异戊二烯的来源

1.4 研究内容与意义

第2章 实验方案与内容

2.1 实验方案与内容

2.2 样品采集与分析

2.3 标准化排放速率

2.4 PMF模型和PCA模型

2.5 等效丙烯浓度和臭氧生成潜势

2.6 质量保证/质量控制（QA/QC）

第3章 广州城区大气类异戊二烯的浓度水平及其时间变化

3.1 广州城区大气类异戊二烯组成特征

3.2 广州城区大气类异戊二烯浓度水平

3.3 广州城区大气类异戊二烯时间变化

3.4 本章小结

第4章 广州城区大气异戊二烯来源解析

4.1 排放源识别

4.2 不同排放源对异戊二烯的贡献

4.3 本章小结

第5章 广州城区大气类异戊二烯对近地面臭氧贡献

5.1 不同季节异戊二烯对近地面臭氧的贡献

5.2 不同来源异戊二烯对近地面臭氧的贡献

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 本研究创新点

6.3 研究展望

参考文献

附录 专业名词缩写一览表

（待）发表的论文

致谢