近年来臭氧（O₃）污染日益严重，尽管北京一直致力于大气污染治理，但由于气象和前体物对O₃的非线性影响，不同区域的O₃演变趋势对排放变化的响应非常复杂。目前缺乏基于长期数据，从不同的监测指标对北京不同区域O₃演变、生成机制及控制成效的全面评估；此外，O₃污染事件的演变特征和形成机理亦缺乏长期全面的研究。

　　中国科学院大气物理研究所王莉莉副研究员团队联合北京市生态环境监测中心、中国气象局等单位，基于北京35个空气质量站点（划分为城市、交通、北郊和南郊四类站点）的长期观测数据和卫星数据，通过多种指标探讨了2013-2020年暖季期间O₃、气态前体物和O₃-VOC_s-NO_x敏感性的时空变化趋势，并基于机器学习结合去气象方法量化了气象和排放对O₃的各自贡献。此外，结合华北多城市的O₃和气象监测及再分析资料数据，通过天气分型、局地环流、合成分析等方法，针对2013-2020年北京地区61次臭氧污染事件（OPEs），来揭示OPEs的演变特征、与区域污染的关系及不同级别和类型污染的气象成因。

　　研究发现2013-2020年北京MDA8 O₃和O₃整体增幅为3.7和2.9 μg/m³/yr，其中交通站点最高，北郊最低；总氧化剂（O_x）整体增幅为0.2 μg/m³/yr，南郊增加最高；而白天O₃和O_x增量在一定程度上均呈下降趋势。氮氧化物强减排导致NO滴定O₃效应减弱，成为O₃和O_x城郊差异缩小的主要原因。由于城区NO2浓度的显著降低以及北郊HCHO浓度减少较多，北京不同区域臭氧生成敏感性发生转变，VOC_s主控的范围有所波动，北郊逐渐转向过渡或NOx主控。排放变化和气象要素对2013-2020年O₃逐小时变化的贡献分别为39.7%和60.3%。剔除气象要素的影响后，北京O₃浓度增加幅度降低，北郊增幅最低，主要为夜间增加所致，而O_x除南郊外均表现为下降趋势。整体而言，北京的管控措施已有效降低了城区和北郊的大气氧化能力，同时减弱O₃局地生成，并遏制了北郊O₃的恶化，未来加强VOC_s控制和保持氮氧化物减排，尤其是6月份，对扭转北京O₃上升趋势至关重要。

图1 北京不同区域各指标2013-2020年变化趋势示意图，O₃-VOC_s-NO_x敏感性空间分布图，以及观测和去气象O₃浓度年际变化图。

　　同时，研究发现北京地区61个OPEs中约78.7%集中在5-7月。从2013年到2020年，OPEs的浓度、总天数和持续时间均显著增加，增幅分别为1.6 μg/m³/yr、2.7 d/yr和0.2 d/yr。在偏南气流主导下，90%（53%）的OPEs与京津冀（华北）区域污染同步发生。通过多尺度天气过程来探讨OPEs不同污染级别和空间分布的气象成因，发现西南-偏西的环流型（49%-80%）和山谷风（51%-70%）比例的增加，以及气温、紫外辐射、偏南风、逆温的增强和相对湿度的降低，共同导致OPEs污染水平升高（由轻度上升至重污染）。而南风的强度和方向决定了OPEs的三种空间类型（市区、北郊和南郊污染）。此外，白天臭氧污染使夜间臭氧增强事件的平均峰值升高41%，主要由对流风暴和低空急流导致。对OPEs的全面解析为准确预测和管控OPEs提供了重要的科学依据。

图2 北京OPEs的年际变化特征，与区域污染的关系，对夜间臭氧增强事件的影响，以及不同级别OPEs的多尺度气象成因的示意图。

　　上述研究成果分别发表于Science of the Total Environment与Atmospheric Research上，文章得到中国科学院野外站基础研究项目(KFJ-SW-YW043-3)、北京市科技计划(Z211100004321006)、以及国家重点研发计划(2022YFE0136100)等项目资助。

文章链接：

　　Zhang, L., Wang, L.^*, Liu, B., et al., 2023. Contrasting effects of clean air actions on surface ozone concentrations in different regions over Beijing from May to September 2013-2020. Sci Total Environ. 903, 166182. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166182

　　Zhang, L., Wang, L.^*, Tang, G., et al., 2023. Comprehensively exploring the characteristics and meteorological causes of ozone pollution events in Beijing during 2013–2020. Atmospheric Research. 294, 106978. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106978