标题：
Vertical and spatial differences in ozone formation sensitivities under different ozone pollution levels in eastern Chinese cities
期刊：
npj Climate and Atmosphere Science
作者：
Zhuang Wang, et al
DOI:
https://doi.org/10.1038/s41612-024-00855-3
引用：
Wang, Z., Zhang, H., Shi, C. et al. Vertical and spatial differences in ozone formation sensitivities under different ozone pollution levels in eastern Chinese cities. npj Clim Atmos Sci 8, 30 (2025).
1. 引言
随着空气污染的加剧，臭氧成为一个重要的空气污染物，其对人体健康和生态环境的影响逐渐受到关注。臭氧生成的主要前体物质是氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOC），它们的浓度分布及其在不同高度的变化对臭氧的生成有重要影响。现有的研究大多集中于地面污染数据，而忽视了空气中层次的变化，特别是污染浓度的垂直分布。本文通过对东部中国城市臭氧污染水平的分析，揭示了臭氧生成敏感性在不同污染水平下的空间分布特征，并探讨了NOx和VOC对臭氧生成的不同贡献。
2. 结果
臭氧污染日与清洁空气日的差异
在臭氧污染日，NO₂和HCHO浓度明显高于清洁空气日。研究显示，臭氧生成的敏感性在臭氧污染日更为显著，且NOx限制区域的贡献增加，主要出现在较高的空气层。
NOx与VOC的影响
在高污染条件下，NOx限制区域的贡献显著增大，这表明NOx浓度的增加显著影响臭氧生成过程。而在低污染日，VOC的贡献更为重要，特别是在低空层次。
不同城市的差异
不同城市的臭氧生成敏感性存在明显差异。研究表明，VOC和NOx的比率对臭氧生成的影响具有时空差异，某些城市在臭氧污染高峰期间，VOC的贡献相对较小，而NOx成为主要限制因子。
3. 讨论
臭氧生成敏感性的时空变化
本研究表明，臭氧生成敏感性在不同城市、不同高度以及不同污染水平下存在显著差异。臭氧污染日与清洁空气日之间，污染源的垂直分布差异较大，说明在不同天气条件和污染水平下，气溶胶的垂直变化对臭氧生成的贡献有重要作用。
VOC与NOx的控制策略
研究强调了控制臭氧前体物质（NOx与VOC）的重要性。在一些城市，VOC是限制臭氧生成的主要因素，而在其他城市，NOx则更为重要。针对不同城市的污染特征，建议根据局部的污染源特征采取具体的排放控制策略。
影响因素的复杂性
尽管NOx和VOC是主要的臭氧生成前体物质，但气象条件、城市化水平、交通密度等因素同样影响臭氧生成的敏感性。研究还提到，气象因素如风速、湿度和气温等的变化对臭氧浓度及其生成机制的影响不容忽视。
4. 方法
数据来源
本研究结合了地面和卫星观测数据，利用地面MAX-DOAS（多角度探测差分吸收光谱）仪器和卫星TROPOMI（热红外光谱）数据进行臭氧、NO₂和HCHO的浓度监测，收集了东部中国几个主要城市的多年的污染数据。
臭氧生成敏感性评估
通过分析地面和遥感数据，计算了臭氧生成的敏感性，并定义了FNR比率（HCHO/NO₂比率），该比率用于表征VOC与NOx的相对贡献。研究基于这一比率划分了VOC限制、NOx限制和过渡限制三类生成机制。
空间与垂直分布分析
结合卫星和地面数据，研究还分析了不同城市在不同污染水平下，NOx和VOC在不同高度的浓度分布。通过垂直剖面分析，揭示了不同高度层次在臭氧生成中的作用差异，特别是在污染严重时，NOx和VOC的空间分布对臭氧生成的影响。
数据分析与模型应用
采用多变量回归模型分析了不同变量（如气象条件、污染浓度）对臭氧生成敏感性的影响。通过对比不同污染水平下的臭氧生成机制，进一步验证了NOx和VOC的限制作用。
5.重要图表
图1. 臭氧及其前体物的空间分布
图2. 臭氧及其前体物的昼夜变化
图3. 二氧化氮垂直分布的日变化
图4. HCHO 垂直分布的昼夜变化
图5. O3 形成灵敏度的日变化
图6. O3 生成敏感度的空间分布
图7. O3 前体差异的空间分布
图8. 诊断 O3 形成的灵敏度
6.数据可用性与代码可用性
数据可用性
本研究未生成或分析数据集。
英文摘要
Ozone is the primary air pollutant in eastern China during the warm season. Clarifying the differences in the spatio–temporal evolution of the ozone formation sensitivity between ozone polluted days and clean air days is key for the precise formulation of ozone prevention policies. By combining ground–and satellite–based remote sensing with ground station observations, we identified large spatio–temporal differences in the ozone formation sensitivity in eastern Chinese cities under different ozone pollution levels. Diurnally, the NO2 concentration was higher in the morning and lower at noon on the ozone exceedance days. The HCHO concentration was higher throughout the day, and the transition limited regime or NOx–limited regime contributed more to the ozone formation sensitivity on the ozone exceedance days. Vertically, the ratio of HCHO to NO2 (FNR) was higher on ozone exceedance days, and the contributions of NOx–limited regime at 0–2 km and the transition limited regime at 0–1 km on ozone exceedance days increased considerably. Spatially, HCHO in the North China Plain and middle–lower Yangtze River Plain was significantly increased on ozone exceedance days, while the NO2 concentration in the southeast hills was increased on ozone exceedance days. The difference in FNR values between northern and southern cities in eastern China on O3 exceedance days narrowed, and the ozone formation sensitivity in eastern China tended to be under a transition limited regime. The shifts in the ozone formation sensitivity under different ozone pollution levels implies that controlling only one of the precursors cannot achieve the best O3 prevention effect, and the most appropriate ratio of O3 precursor emission reductions should be designed according to ozone formation sensitivity in the different regions.
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