冬季挥发性有机物观测及其与实际排放的差异：光化学损失校正与健康经济损失评估

《Environmental Pollution》：Observation of VOCs in Winter and the Difference from Actual Emissions: Photochemical Loss Correction and Health Economic Loss Assessment

　　冬季VOCs光化学损耗显著，改变了源解析结果。观测浓度低估了OFP达62.34% ± 26.67%，导致控制目标存在偏差。校正后，机动车尾气取代溶剂使用成为首要VOC来源。生物源VOCs贡献<5%的质量，但对实际O?生成贡献>20%。光化学损耗占O?相关健康和经济损失的47.6%。**引言**地面臭氧（O?）已成为影响中国城市空气质量的关键二次污染物（Jia等，2026）。研究表明，暖季O?浓度以年均5%的速度增长，极端天气进一步加剧了污染（Zheng等，2023）。作为一种强氧化剂，O?通过攻击不饱和脂肪酸损害人体健康，加速动脉粥样硬化等病理过程（Deng等，2026；Li等，2025a）。基于55个中低收入国家的健康数据，长期O?暴露每增加10 μg·m?3，五岁以下儿童死亡率增加3.2%（Xue等，2023）。在97个发展中国家，2003至2017年间，长期O?暴露估计造成每年15.3万名五岁以下儿童死亡，相当于归因于O?的成人过早死亡人数的57%（Murray等，2020）。长期暴露于O?会导致疾病相关超额死亡和经济损失的显著增加（Deng等，2026；Zhao等，2026）。作为O?形成的关键前体物，挥发性有机物（VOCs）源解析的准确性直接关系到科学合理的O?污染防控策略的制定（Liu等，2024；Yao等，2025；Zhao等，2026）。然而，VOCs在大气传输过程中会发生光化学损耗，高活性物种尤为如此，它们通过与羟基自由基（·OH）的反应被大量消耗（Dutta等，2026；Zhan等，2021）。这种消耗导致使用基于观测浓度的传统源解析方法时，系统性地低估了高活性VOCs来源的实际贡献（Deng等，2026；Wang等，2023）。以往研究指出，忽略光化学损耗可能导致机动车尾气和溶剂使用的贡献被低估2.4至4.0倍（Liu等，2023a）。进一步研究表明，光化学损耗不仅影响源解析结果，还会对O?生成潜势（OFP）的评估引入系统性偏差（Deng等，2026）。Deng等提出的基于光化学损耗的臭氧生成潜势（PL_OFP）定向源解析方法，首次实现了对VOCs源贡献、O?形成以及相关健康和经济损失的定量归因（He等，2024），并揭示了珠三角地区尽管生物源VOCs在观测浓度中占比相对较低，但超过70%被光化学消耗，使其成为实际O?形成的主要贡献者（He等，2024）。尽管在VOCs光化学损耗、源解析和健康影响研究方面取得了显著进展（Deng等，2026；Li等，2025a），但在统一框架下整合这三个方面的系统研究仍然稀缺，特别是基于高分辨率冬季观测的案例研究尤为少见。冬季气象条件，如低温、弱太阳辐射和浅边界层，与夏季差异显著，可大幅影响VOCs排放、积累及其与大气氧化剂的反应活性，导致排放特征、光化学损耗模式和O?形成机制各不相同（Edwards等，2014；Mansfield和Lyman，2025；Zheng等，2023）。此外，现有研究主要关注大城市，较少关注正处于经济转型期的老工业基地城市，这些城市VOCs来源复杂，亟需系统研究（Dai等，2025）。因此，对这类城市冬季及春节期间VOCs光化学损耗和源贡献的综合研究，对于全面理解不同季节和排放情景下O?形成机制，以及制定精准有效的污染防控策略具有重要意义。本研究分析了2025年1月在黄石市——长江中游重要工业基地——收集的103种VOCs逐小时数据。黄石市的支柱产业——钢铁、建材和化工——造成了复杂的VOCs排放结构。在空气质量持续改善计划的背景下，实现VOCs减排以及O?和PM?.?的协同控制，需要对VOCs本地环境影响的机理性理解。本研究采用基于光化学年龄的方法估算VOCs初始浓度，定量评估了光化学损耗对O?生成潜势（OFP）的影响。结合正矩阵因子分解（PMF）源解析方法，识别了不同排放来源对实际PL_OFP的贡献。此外，采用暴露-响应模型和统计生命价值方法评估O?相关的健康和经济损失，并将其归因于具体的VOCs排放来源。具体目标为：(1)表征冬季VOCs污染和光化学损耗；(2)评估观测浓度、初始浓度和光化学损耗情景下的OFP，量化传统方法固有的低估；(3)识别对冬季实际O?形成贡献的关键来源；(4)估算归因于各排放来源的O?相关超额死亡和经济损耗。**片段摘要****采样点与采样**研究区域（北纬29.50–30.25°，东经114.51–115.50°）位于中国中部湖北省东南部、长江中游南岸（图1）。该区域是中国中部重要的工业基地和先进制造业基地，素有"铜都"、"钢城"、"水泥之乡"和"白酒之乡"之称。采样点距工业园区超过20公里，周围无加油站或燃气等污染源。**总体浓度与组成**如图表S2、图2和图S3所示，黄石市TVOC平均浓度为27.71 ± 12.02 ppbv（n=663）。VOC类别排名如下：烷烃（13.41 ± 6.14 ppbv，48.38%）> 烯烃（3.76 ± 2.24 ppbv，13.56%）> 卤代烃（3.64 ± 1.41 ppbv，13.15%）> 含氧化合物（3.61 ± 2.11 ppbv，13.01%）> 多环芳烃（1.98 ± 1.53 ppbv，7.15%）> 炔烃（1.23 ± 1.32 ppbv，4.42%）> 卤代烯烃（0.07 ± 0.05 ppbv，0.26%）> 卤代芳烃（0.02 ± 0.02 ppbv，0.07%）。**结论**基于2025年1月在黄石市收集的103种VOCs逐小时数据，本研究整合了光化学损耗校正、PMF源解析、OFP评估及健康-经济评估。主要结论如下：(1) 冬季VOCs光化学损耗不可忽略，主要由烯烃和芳烃驱动，尽管温度较低，活性物种仍经历大量消耗。(2) 基于观测浓度的OFP显著低估了实际O?生成潜势……**CRediT作者贡献声明****姚茂（Yao Mao）：** 撰写—审稿与编辑，撰写—初稿，可视化，方法论，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。**张瑜飞（Yufei Zhang）：** 撰写—审稿与编辑，撰写—初稿，可视化，方法论，调查研究，形式分析，数据整理。**李锦伦（Jinlun Li）：** 撰写—审稿与编辑，方法论，调查研究，形式分析，数据整理。**胡天鹏（Tianpeng Hu）：** 撰写—审稿与编辑，可视化，验证，方法论，经费获取。**利益冲突声明**? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**本研究得到湖北省重点研发计划（编号：2024BCB080）、湖北省自然科学基金创新发展联合基金项目（编号：2024AFD024）、湖北工业大学人才引进项目（编号：24xjz13R、24xjz19R、24xjz20R）、湖北工业大学攀登计划项目（编号：26xjz04C）的资助。姚茂 | 张瑜飞 | 李锦伦 | 胡天鹏 | 郭敏 | 石明铭 | 战常林 | 张家权 | 邢新丽 | 齐世华