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PM2.5 值下去了,臭氧含量又爆表了,怎么回事呢?

本帖由 漂亮的石头2015-05-31 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    为什么北京空气质量挺好的时候,臭氧含量都很高呢?

    [​IMG] 唐文韬,知乎和撸管的时间用来写thesis,毕业还会远吗

    主要是因为 NOx 和 O3 的浓度变化会呈现一定的负相关性。

    [​IMG]

    如上图,具体涉及到的光化学反应比较复杂,大致说一下,可能不太全面:

    NO 的氧化,

    • NO + O3 → NO2 + O2 (1)

    NO2 的光解,

    • NO2 + hν → NO+O (2)
    • O + O2 + M → O3 +M (3)

    (2) + (3)可得到总反应,

    • NO2 + hν + O2 → NO + O3 (4)

    单看(1)和(4)貌似 O3 和 NOx 浓度都不会变化(可看做互为可逆),当然两个反应的速率会有所不同,然而最重要的是大气中还会有大量碳氢化合物,会被·OH 自由基、O 和 O3 氧化生成各种自由基 (如 RO2·),

    • RH + ·OH + O2 → R·+ H2O (5)
    • R· + O2 → RO2· (6)

    而 RO2·可以取代 O3 氧化 NO ,

    • RO2· + NO → NO2 + RO· (7)

    从而造成 O3 的净积累和 NO 浓度的降低。上图中没有发生 NO2 的积累,可能的去向一是生成硝酸和硝酸盐,

    • NO2 + ·OH → HNO3 (8) (白天)
    • NO2 + O3 → NO3 + O2 (9)
    • NO3 + NO2 → N2O5 (10)
    • N2O5 + H2O(aq) → HNO3(aq) (11) (9-11 晚上)

    二是生成过氧乙酰硝酸酯(PAN)类物,

    • CH3C·HOO· + O2 → CH3C(O)OO·(过氧酰基) + ·OH (12)
    • CH3C(O)OO· + NO2 → CH3C(O)OONO2 (PAN) (13)

    其中 CH3C·HOO·为丙烯与 O3 反应生成的双自由基。

    把(1)和(4)可逆的那一部分抵消掉,整个过程可以简单概括如下:早上交通高峰使 NO 和碳氢化合物浓度达到峰值,碳氢化合物反应生成自由基(5-6),氧化 NO 生成 NO2(主要是 7,1 被 4 抵消掉),NO 浓度下降。此后光照增强,NO2 部分光解生成 O3 (4),O3 浓度上升,午后光照最强时达到峰值。同时 NO2 部分转化为 HNO3 (8)或 / 和 PAN 类物(12-13),维持其浓度基本不变。夜间 NO2 光解停滞,NO 氧化消耗 O3 生成 NO2 (主要是反应 1,由于缺乏光照,来源于 O3 光解的·OH 自由基浓度迅速下降,反应 5,6,7,8,12,13 停滞),O3 浓度下降,而夜间柴油车尾气的大量排放会造成 NO 浓度的又一个高峰。NO 的转化会使 NO2 浓度略有上升,但是 NO2 会通过反应(9-11)转化为 HNO3 和硝酸盐。最终结果造成的就是 O3 和 NOx 浓度的负相关关系。

    说得乱七八糟的,放弃╮(╯_╰)╭

    此外 PM2.5 浓度也可能和 O3 浓度呈现一定的负相关性,因为 NOx 浓度上升会造成硝酸盐二次颗粒物的上升,贡献一部分 PM2.5。且 PM2.5 上升带来的能见度降低可能会抑制 O3 的生成。

    如果看 AQI 的话,O3 权重较小,NOx 权重较大,PM2.5 权重最大,所以题主的说法大致可能是靠谱的。

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