《Atmospheric Research》：Distinct meteorological drivers of summertime O
3 pollution in arid and semi-arid cities of the Ordos Basin under extreme heat
编辑推荐：
•鄂尔多斯盆地的臭氧污染发生在比其他中国地区显著更干燥的条件下。•在短期热浪条件下，气象因素对臭氧增加的贡献达到 25.0–34.6 μg/m3。•包括传输、垂直和水平混合在内的物理过程占臭氧变率的 66.0%–78.2%。•臭氧生成主要受工业和交通排放影响，且主要以 VOC
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鄂尔多斯盆地的臭氧污染发生在比其他中国地区显著更干燥的条件下。
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在短期热浪条件下，气象因素对臭氧增加的贡献达到 25.0–34.6 μg/m3。
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包括传输、垂直和水平混合在内的物理过程占臭氧变率的 66.0%–78.2%。
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臭氧生成主要受工业和交通排放影响，且主要以 VOC 限制为主。
引言
对流层臭氧 (O3) 是一种重要的二次空气污染物，对人类健康、植被生长和区域气候变化构成重大威胁 (Feng et al., 2022; Wang et al., 2025b)。长期全球观测表明，在温室气体持续积累和极端高温事件频率增加的情况下，全球对流层 O3 呈现出缓慢上升趋势或保持在持续高水平，特别是在东亚地区 (Lyu et al., 2023; Vazquez Santiago et al., 2024)。在中国，尽管自 2013 年以来实施了严格的空气污染控制政策，有效降低了 PM2.5 浓度，但许多地区的 O3 污染仍在持续恶化 (Li et al., 2020; Wang et al., 2022a)，成为进一步改善空气质量的主要制约因素。2022 年，O3 是中国 27.1% 的地级及以上城市中最常超标的污染物。(中国生态环境状况公报，2022)。
在长期尺度上，近地面 O3 的变化由前体物排放和气象条件的变化共同驱动。多尺度研究表明，挥发性有机物 (VOCs) 和 NOx 浓度的变化及其相对关系，在解释不同化学体制下长期 O3 趋势方面发挥着关键作用 (Elshorbany et al., 2024)。此外，O3 的年际变化已被证明受气象条件，特别是温度、湿度和辐射的强烈影响 (Pimlott et al., 2025)。然而，气象变率在热浪等短期极端事件中的作用仍理解不足。
在中国，O3 相关研究主要集中在主要城市群，包括珠江三角洲 (PRD)、长三角 (YRD)、京津冀 (BTH)、四川盆地 (SCB) 和汾渭平原 (FWP) (Hu et al., 2025; Wang et al., 2026; Zhang et al., 2026)。这些研究为 O3 趋势、驱动机制和区域协同控制策略提供了重要见解。然而，干旱和半干旱气候条件下的能源型城市仍研究不足，特别是关于气象、排放和大气化学的综合影响。
鄂尔多斯盆地位于黄土高原西北部，地形复杂，植被稀疏，具有典型的干旱至半干旱气候，因此对区域甚至全球气候系统产生显著影响 (Huang et al., 2017; Lu et al., 2019)。这些条件加上其邻近毛乌素沙漠等沙漠源区，有利于频繁的沙尘事件，导致气溶胶负荷增加和区域光化学环境扰动 (Sun et al., 2021; Wang et al., 2017)。与此同时，该地区是中国能耗最高的地区之一，拥有广泛的煤炭开采、煤化工和油气开采活动，导致大量 O3 前体物 (VOCs 和 NOx) 排放 (Niu et al., 2024; Tang et al., 2012)。煤基工业过程和化石燃料利用排放大量活性 VOC 物种，包括烯烃和芳烃 (Chen et al., 2022)，而油气开采释放大量含氧化合物 VOCs (OVOCs) 等碳氢化合物 (Chen et al., 2020; Edwards et al., 2014)，两者均增强光化学 O3 生成。此外，颗粒物可通过改变辐射传输和影响 HOx/NOx 自由基收支进一步调节 O3 形成，凸显了排放、气溶胶负荷和大气化学之间的复杂耦合 (Li et al., 2024)。这些综合因素表明，鄂尔多斯盆地的 O3 形成可能遵循与湿润和人口稠密地区不同的独特大气化学体制，使其成为中国夏季严重 O3 污染的新兴热点 (Guan et al., 2025)。
尽管之前的研究调查了榆林 (YL) 和银川 (YC) 等城市的 VOC 特征和 O3 生成 (Chen et al., 2022; Shi et al., 2025)，但对鄂尔多斯盆地多个城市，特别是鄂尔多斯和庆阳 (QY) 的系统性调查仍然有限，尤其是整合气象、排放和化学机制的过程水平分析。观测和官方环境公报表明，该地区 2022 年夏季 O3 污染尤为严重，大量天数超过中国环境空气质量标准 (CNAAQS，二级) 中 160 μg/m3 的日最大 8 小时平均 (MDA8) O3 标准。值得注意的是，2022 年 6 月的一次极端高温事件进一步加剧了该地区的 O3 污染。因此，鄂尔多斯盆地提供了一个天然实验室，用于研究干旱气候条件、能源相关排放和沙尘相关过程如何在极端高温下共同调节 O3 生成。然而，这些耦合因素如何相互作用控制 O3 变率仍知之甚少。
在本研究中，我们调查了 2022 年极端热浪期间四个代表性干旱和半干旱能源型城市 (YL、鄂尔多斯、YC 和 QY) 的夏季 O3 污染。基于综合监测网络的地面观测，我们刻画了 O3 污染事件及其相关气象条件的演变。此外，应用极端梯度提升 (XGBoost) 模型结合 Shapley 加法解释 (SHAP) 进行气象归一化，以量化气象变率的贡献并识别关键气象驱动因素。随后采用天气研究与预报 - 社区多尺度空气质量 (WRF-CMAQ) 模型系统，全面调查排放、物理过程和化学机制在塑造 O3 变率中的作用，包括源贡献、过程水平动态和形成敏感性。
章节摘要
研究区域
鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，横跨陕西省北部、内蒙古中南部、宁夏回族自治区和甘肃省东部，面积约 370,000 km2，人口约 2418 万。作为中国最重要的能源和工业基地之一，它拥有丰富的天然气、煤层气和煤炭储量 (Jia et al., 2024)。
在盆地内的城市中，选择了 YL、鄂尔多斯、YC 和 QY
清洁期 (CP) 和污染期 (PP) 的定义及臭氧污染特征
随着 2012 年 CNAAQS 的实施，自 2013 年起在中国许多城市开展了系统的 O3 监测。在这里，我们考察了 2013–2025 年鄂尔多斯盆地各城市 6 月平均温度的长期变化 (图 2)。过去十年观察到明显的变暖趋势，其中 2022 年 6 月的温度是所有年份中最高的，表明热背景增强。拟合的回归线一致证实了这一长期变暖趋势。
结论
本研究阐明了高温条件下鄂尔多斯盆地干旱和半干旱城市夏季 O3 污染的主要驱动因素。在污染事件期间，MDA8 O3 增加了 19.4%–41.3%，凸显了气象强迫的关键作用。与中国其他地区相比，O3 污染发生在显著较低的观测相对湿度 (26.0%–38.7%) 条件下，表明大气环境明显更干燥。
在短期热浪条件下，
CRediT 作者贡献声明
安魏明：撰写—初稿，方法论，调查，概念化。同继龙：撰写—审阅和编辑，资源，资金获取。雷盛通：方法论，调查。马凌云：监督，方法论。王鹏波：方法论。郭雨民：方法论，调查。刘永乐：监督，方法论，调查。陈敏：调查。高庆军：监督。张磊：撰写—审阅和编辑，方法论，调查。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能会影响本文报道的工作。
致谢
在本文准备过程中，作者使用了 ChatGPT 和 DeepSeek 进行语言润色。所有科学内容、数据分析、结果解释和结论均为作者自己的作品。在使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对本文内容承担全部责任。
本研究得到了兰州大学超级计算中心和中国国家自然科学基金 (NSFC, No. 42375136) 的支持。
安魏明 | 同继龙 | 雷盛通 | 马凌云 | 王鹏波 | 郭雨民 | 刘永乐 | 陈敏 | 高庆军 | 张磊
