中国京津冀和长三角地区PM2.5–O3复合污染的特征及成因分析

《Atmospheric Pollution Research》：Episode analysis of the characteristics and causes of PM 2.5–O 3 co-pollution in Beijing-Tianjin-Hebei and Yangtze River Delta, China

　　

• 停滞与锋前传输驱动协同污染；其中一个案例为过渡类型。• BTH地区气溶胶化学主导硝酸盐；YRD地区传输则对其形成限制。• YRD地区光化学O?更高；传输外流有所减少但未能抵消这一趋势。

**引言**

PM2.5（空气动力学直径≤2.5 μm的颗粒物）与地表臭氧（O?）的同步升高已成为中国东部地区持续的空气质量问题，其对公共健康、作物产量和区域气候的影响已有明确记录（Zhao等，2019；Chen等，2020；Lyu等，2024）。与单一污染物事件不同，PM2.5–O?协同污染涉及耦合机制，因为这两种污染物共享共同前体物（NOx和挥发性有机物（VOCs）），并通过大气氧化能力、气粒转化和气溶胶–气象反馈相互影响（Qin等，2021；Qu等，2023）。继2013年实施《大气污染防治行动计划》（网址：https://www.gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773.htm）之后，2018年又出台了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（网址：https://www.gov.cn/zhengce/content/2018-07/03/content_5303158.htm），中国PM2.5浓度大幅下降，而O?浓度则呈现持续且波动上升的趋势（Bai等，2021；Wang等，2022；Q. Xiao等，2022；Liu等，2023）。这种截然相反的变化引起了人们对协同污染的日益关注，尤其是在京津冀（BTH）和长三角（YRD）等高度城市化地区（Dai等，2021；Wang等，2025）。

时空分析揭示，协同污染（定义为PM2.5 > 75 μg m?3、最大日8小时平均O?浓度（MDA8 O?）> 160 μg m?3）存在显著的区域和季节差异（Ding等，2016；Z. Li等，2017；Zhao等，2023；Li等，2024；Lu等，2024，2025；Yu等，2023；Fan等，2025）。在中国北方，包括BTH和汾渭平原，协同污染最常发生在春夏季，由强烈的太阳辐射和停滞的气象条件驱动（L. Wang等，2023）。相比之下，南方地区如YRD和珠江三角洲则呈现春秋双峰模式，秋季事件往往由高湿度和稳定的反气旋系统维持（Qin等，2021；Tong等，2024）。四川盆地呈现明显的冬季峰值，归因于频繁的逆温现象（Liu等，2019）。全国范围内，协同污染频率从2015年的约12.3%降至2023年的3.5%，人为排放削减约占下降幅度的75%，气象变化贡献剩余的25%（Yu等，2023；Fan等，2025）。

气象条件在调节协同污染中发挥重要作用。均匀气压场等天气形势尤其有利于污染物累积，而高温（>28 °C）配合停滞风速（<2 m s?1）可使O?超标概率增加3–5倍（Gong等，2022；Liu等，2023）。温度与O?呈强正相关（R = 0.68），而风速（WS）与PM2.5呈负相关（R = ?0.44）（L. Wang等，2023）。近期研究还表明，2022年O?增加的主要气象驱动因素是气温升高和太阳辐射增强，约占观测增量的57%，这一现象并不局限于夏季（Wang等，2025）。在天津等沿海城市，海陆风与温度逆温的相互作用进一步影响污染物的垂直分布，创造有利于本地光化学生成或区域传输的条件（Z. Xiao等，2022；Liu等，2026）。

尽管取得了上述进展，仍有若干方面值得进一步研究。首先，现有协同污染多年趋势分析研究通常采用高浓度阈值来界定污染事件（Dai等，2021；Qin等，2021；Tong等，2024）。然而，随着更新后的《环境空气质量标准》（GB 3095–2026，网址：https://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/dqhjbh/dqhjzlbz/202602/t20260225_1144419.shtml）中一类限值的实施，以及《空气质量持续改善行动计划》（国务院，2023，网址：https://www.gov.cn/zhengce/content/202312/content_6919000.htm）中提出的目标，这些文件提出的持续改善空气质量的目标意味着此前使用的高阈值已不再适用。此外，虽然统计分析已较为丰富，但在协同污染期间，利用综合过程速率（IPR）分析对PM2.5组分和O?进行定量归因的研究仍然有限，IPR分析可以分解不同物理和化学过程（如排放、传输、化学反应和沉降）的贡献。2018年政策背景下，BTH和YRD之间本地光化学生成与区域传输在驱动协同污染中的相对作用尚未进行系统和定量的比较。

为解决上述问题，本研究采用GB 3095–2026的一类阈值来定义协同污染事件。该定义与现行法规限值和空气质量改善目标相匹配。本研究刻画了中国东部六个关键区域PM2.5、O?和协同污染天数在2015–2023年间的长期趋势。基于观测到的趋势，本研究进一步聚焦BTH和YRD（两个污染特征更为显著且经济发展水平更高的区域），对协同污染事件进行深入分析。选取四个典型的春季和秋季污染过程，对其天气形势条件和污染物演变进行详细调查。根据其天气形势背景，本研究识别出两种不同的协同污染机制，即A型和B型。最后，采用WRF-Chem模拟与IPR分析相结合的方法，量化关键物理和化学过程对PM2.5组分和O?的贡献。本文其余部分组织如下：第2节介绍观测数据集、趋势分析方法、WRF-Chem配置和IPR方法。第3节呈现结果与讨论，涵盖中国东部PM2.5和O?的长期趋势、四个选定过程中的天气形势和污染物演变，以及IPR分析得出的PM2.5组分和O?的过程级贡献。第4节总结主要发现与结论。

**观测数据与研究区域**

PM2.5和O?的小时浓度数据来自2015年1月1日至2023年12月31日期间中国国家环境监测中心（CNEMC）全国城市空气质量实时发布平台（http://www.cnemc.cn），使用了来自1500多个监测站的数据。定义了中国东部的六个关键区域进行分析（图1a）：东北（NE，204个站点）、BTH（87个站点）、汾wei平原（FWP，97个站点）、长江中游（YRM，……）

**中国东部PM2.5、O?和协同污染天数的长期趋势**

图2展示了2015–2023年间六个关键区域（NE、BTH、FWP、YRM、YRD和PRD）去趋势后的小时PM2.5（a1–f1）和O?（a2–f2）时间序列。六个区域的去趋势PM2.5均呈下降趋势。下降最为显著的是BTH（k = ?3.95 μg m?3 yr?1），其次为YRD（?2.66）、YRM（?2.37）、FWP（?2.12）、NE（?1.83）和PRD（?1.65）。这些广泛下降反映了自2013年以来实施的清洁空气行动计划，特别是针对工业和居民燃烧源的措施……

**结论**

本研究考察了2015–2023年间中国东部六个区域的PM2.5、O?和协同污染趋势。协同污染按GB 3095–2026的一类阈值定义（PM2.5 > 35 μg m?3，MDA8 O? > 100 μg m?3）。六个区域的去趋势PM2.5均呈下降趋势（?1.65至?3.95 μg m?3 yr?1），而O?在所有六个区域均呈上升趋势（+0.26至+1.50 μg m?3 yr?1）。两种变化的幅度均在BTH最大。协同污染天数在2021–2022年降至最低点后，在大多数地区出现反弹，因此主导驱动因素已……

**CRediT作者贡献声明**

Meigen Zhang：撰写 – 审阅与编辑，监督指导，项目管理，方法论，概念设计。
Zining Yang：撰写 – 审阅与编辑，方法论。
Yuhui Zhao：撰写 – 审阅与编辑，数据管理，概念设计。
Yi Gao：撰写 – 审阅与编辑，监督指导，项目管理，方法论，概念设计。
Shuo Zhang：监督指导，项目管理，概念设计。
Yu Zhao：撰写 – 审阅与编辑，原始稿件撰写，可视化。

**未引用参考文献**

中华人民共和国国务院，2013；中华人民共和国国务院，2018；中华人民共和国国务院，2023；中华人民共和国生态环境部，2026；Chris等，2001；Li等，2017；Luo等，2022；Wang等，2023；Yang等，2022；Zhao等，2013；Xiao等，2022。

**利益冲突声明**

? 作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能对本文所报告的工作产生影响。

**致谢**

本研究得到京津冀区域综合环境改善–国家科技重大项目（2026ZD1213300）、国家重点研发计划（2022YFC3701203，2022YFC3701200）以及国家重大科技基础设施项目"地球系统数值模拟装置"（EarthLab；https://cstr.cn/31134.02.EL）[编号2025-EL-PT-001041]的资助。

Yu Zhao|Liren Xu|Yi Gao|Shuo Zhang|Yuhui Zhao|Meigen Zhang|Zining Yang