华北地区挥发性有机物对大气氧化能力与自由基化学的季节性调控机制

《Journal of Environmental Sciences》：Observational and modelled insights of volatile organic compounds into seasonal atmospheric oxidation capacity and radical chemistry over North China

本研究通过观测与模型模拟相结合，系统揭示了华北地区VOCs（挥发性有机物）对大气氧化能力（AOC）和ROx自由基化学的季节性调控机制。研究发现夏季臭氧污染期间AOC达冬季7-8倍，OVOCs（含氧挥发性有机物）对OH消耗贡献率达34%，而冬季以NO2/CO主导（61.2%）。研究首次量化了HCHO/OVOCs光解对HO2/RO2生成的季节差异（夏季65%-89%），为PM2.5与O3协同控制提供了关键理论依据。

　　

Highlight

挥发性有机物（VOCs）通过调控大气氧化能力（AOC）强度和RO_x循环效率，成为二次污染物形成的关键调节器。本研究通过济南市同步观测数据，首次系统量化了不同污染情景下AOC与自由基化学的季节性差异。夏季臭氧污染事件中AOC达到1.6×10⁷分子/(cm³·s)，OVOCs光解贡献了65%-89%的HO₂/RO₂生成，而冬季HONO光解成为OH主要来源（38%-44%）。这些发现为理解PM_2.5-O₃复合污染机制提供了新视角。

Experiments

济南市（36°68′N, 117°19′E）作为华北平原典型工业城市，其独特的地形条件（南靠泰山）形成天然空气滞留区，为研究污染积累提供了理想场所。实验在6层楼顶设置观测点，同步监测VOCs、痕量气体及气象参数，结合化学箱模型解析自由基反应路径。

Observational overview

观测数据显示夏季高温（28.75±5.24°C）条件下VOCs浓度（25.94±9.11 ppbv）呈现光化学消耗特征，烷烃减少23%而OVOCs增加28%；冬季雾霾期间PM_2.5与VOCs同步升高，凸显一次排放主导特性。OH反应活性分析进一步揭示夏季OVOCs贡献34%的OH消耗，冬季则转为NO₂/CO主导（61.2%）。

Conclusions

研究证实夏季污染事件通过加速OH生成速率显著强化自由基循环，HCHO/OVOCs光解成为HO₂/RO₂主要来源（夏季65%-89%，冬季54%-56%）。这些发现揭示了VOCs组分变化对大气自净能力的调控作用，为制定季节性差异化管控策略提供了科学依据。