北京市大气甲醛浓度的增加及对于挥发性有机物的反应潜势研究外文翻译资料

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北京市大气甲醛浓度的增加及对于挥发性有机物的反应潜势研究

Qian Zhang, Min Shao*，Yang Li, Si Hua Lu, Bin Yuan,Tai Chen

State Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, College of Environmental Sciences and Engineering, Peking

University Beijing 100871, China

Received 17 May 2012

Available online 18 July 2012

摘要：影响大气OH自由基的预估量和对流层臭氧的产生，甲醛（HCHO），作为含氧挥发性有机化合物（OVOCs）之一起了关键作用。我们研究出了北京夏季甲醛浓度在2005年和2011之间的变化。从臭氧监测仪（OMI）甲醛相关卫星数据与现有的地面测量数据存在一些较为明显的差异。正交距离回归（ODR）方法可用来估计卫星和地面浓度之间的比值，而最小二乘法（OLS）方法适用于判断环境甲醛的变化趋势。甲醛甲醛浓度均在7-12ppbv并有51%的几率在以0.64 ppbv /年的近似率稳步提高。挥发性有机化合物的反应的OH损失率从2005年的35%上升到2010年的40%，意味着可量化表示甲醛和乙醛的贡献，人为挥发性有机化合物递减贡献率从2005年的49%下降到2010年的40%。值得注意的是甲醛对臭氧形成的净反馈是潜在的。

关键词：甲醛；卫星观测；时间变化；挥发性有机化合物的反应

甲醛（HCHO）是大气中含量最丰富的含氧挥发性有机化合物（OVOCs）之一，是大量的挥发性有机化合物（VOC）的氧化产物的中间产物，包括甲烷和活性更高的挥发性有机物，例如，异戊二烯是在森林中甲醛的主要来源[1-3]。夏天，光解和光氧化反应使甲醛的寿命只有几个小时来参与羟基和氢氧自由基[ 3 ]之间的循环。此外，甲醛是有毒的致癌的气体，威胁人类健康[ 2 ]。

甲醛在中国越来越受到关注。在一些大城市进行实地测量，如北京，上海，和香港，发现甲醛含量有时会高于10 ppbv[4-6]。卫星探测表明中国东北地区的观测点有向上的积极趋势[ 7 ]。在这项工作中，地面和卫星测量协同使用，使我们对甲醛的变化趋势有更可靠的认识。我们对甲醛和乙醛对挥发性有机化合物的反应的贡献也进行了讨论。

为了研究北京市甲醛的时间变化，我们使用了2005和2011之间的NASA发射的Aura卫星搭载的臭氧监测仪（OMI）反演的甲醛的总含量。时间大约是当地时间下午1:45。这个站点我们选择是北京市区和郊区（39.7°N-40.3°N，116.1°E-116.7°E）位置大约在六环附近。为了减少不确定因素的影响，在云分数超过30%时的特定日期，数据被排除在外[7]。与北京大学（PKU）10项地基测量比较，每年仅8月份数据被捕获和处理。甲醛的地面进行测量，在使用在线气相色谱法测定挥发性有机物或气相色谱的同时 [5]，通过使用基于荧光合成反应涉的甲醛监测——乙酰基丙酮法和分光光度法[2,8]。乙醛乘以甲醛浓度浓度由0.4个因素，一个本地的比例来自于原位测量[6]。挥发性有机化合物的反应通过OH损失率来量化（LOH），这是由挥发性有机化合物的混合比和相关产品来计算反应速率系数[9,10]。

为了探讨推导环境甲醛浓度从卫星观测的方法，我们对在北京和广东（江门）的测量做了行回归分析。甲醛在北京和江门的地面测量浓度（如图1（a）和图2（b））。每日两者间的变异表现为一致的趋势和显著的相关性（plt;0.01），北京和江门的皮尔森相关系数分别为0.63、0.51。一致的模式之间的两组数据集进一步证实了总甲醛浓度主要集中在对流层低层[1]。然而，也有一些显着的差异，这可能是部分由于越来越多的错误检索和从OMI的跨轨道剥离问题 [1,11]。这些不寻常的天约占观察天总数的20%。地面数据协同分析通过相互比较方法来检测浓度是可行的，否则，更大的不确定性可能存在与卫星反演甲醛浓度过程中。

图1：比较北京(a)和江门(b)的地面测量和卫星的时间序列。北京(c)和江门(d)的卫星柱与地基测量的正交距离回归。这个灰点的数据不包括回归。斜率的置信区间是在95%的显著水平，和错误的序列代表一个标准推导。

基于合理的相关性，这2个序列的观测，卫星数据和地面测量采用正交距离回归计算（ODR）方法（图1（c）和（d））。卫星数据和地面数据与测量误差加权。ODR的方法可以最大限度地减少正交距离数据拟合曲线的调整值的独立误差。北京和江门的ODR图线的斜率很接近：2.2plusmn;0.8times;10¹⁵·cm^-2·ppbv^-1 和 2.3plusmn;0.8times;10¹⁵·cm^-2·ppbv^-1信任区间在95%显著水平来源。当只有卫星数据时，这个比值可以用来初步估计甲醛在城市和郊区的浓度。卫星的不确定性在高度污染的地区（如中国）是检索与参考率36%不确定性50%，因此，个人估计甲醛浓度将达到62%。

图2（a）显示，夏季甲醛的年化趋势从2005到2011。因为没有任何气象参数的变化意义，我们观察到2005和2010之间，根据记录,北京国家基准气候站（54511号），2008年再次表明在夏季VOCs排放量较其他年份显著减轻。估计2005夏天的平均甲醛为8.25 ppbv，非常接近以前的实地测量[5]。甲醛的趋势，通过简单的线性回归计算的算术手段和几何手段。不同指标的回归分析表明在夏天分别为0.64和0.57。甲醛的增长率为每年1.4plusmn;0.5 x 10¹⁵·cm^-2年（2005的水平为每年7.8%），这是远远高于北京-天津-河北地区的全年平均增长速度 [7 ]。甲醛浓度为0.64 ppbv /年，不确定性为51%的。这个在北京城市地区北京天津河北地区的重污染区域，在夏天的浓度是相比其他季节高的。从不同百分位的增加性能的测定（图2（b）），甲醛的下部增加四加研究更高的利率，这意味着我国北方区域甲醛污染加剧。尽管如此，甲醛浓度较高的地方也增长强劲。

这种快速增长的甲醛浓度，对挥发性有机化合物的反应的贡献已越来越显著，甲醛和乙醛是对流层臭氧层损失率的主要贡献者。羰基化合物[ 5 ]。基于地面的挥发性有机化合物的数据显示更多的变化，由于当地条件的影响，但人为挥发性有机化合物的相对重要性损失率下降，而含氧的挥发性有机物的意义正在上升（如图2(c)和(d)）。有证据显示北京人为挥发性有机化合物的排放控制进展[ 12 ]。

然而，异戊二烯OH损失率的的贡献，以及示踪剂的生物排放，是不能忽视的[ 1 ]。损失率与于化学活性相关，由甲醛和乙醛为代表，从2005年的35%到2010年的 40%，每年增加2.2%。

卫星数据被用来评估主要羰基化合物地面浓度的变化。甲醛和乙醛显示35-40%的VOC反应的贡献从2005到2010以2.2%的年增长率增长，结果显示OVOCs将发挥越来越大的作用，形成臭氧和细颗粒物（可入肺颗粒物）而人为挥发性有机物是在控制之下的。

参考文献

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