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华北地区夏季臭氧来源解析及其对玉米产量的影响

夏季臭氧、来源解析、多尺度分析、作物产量损失、数值模拟

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.17 大气污染物溯源方法与前沿

2023年华北平原夏季臭氧污染形势严峻，对区域公众健康与农作物产量构成显著威胁。开展县级尺度臭氧精准源解析是实施精细化空气质量管控的重要前提，而传统城市尺度源模拟研究通常难以刻画城市内部贡献的空间异质性。本研究基于嵌套网格空气质量模型系统（NAQPMS），耦合在线示踪标记模块，定量解析了华北平原臭氧来源及其对作物产量的影响。模型可较好再现区域臭氧的时空演变规律。研究结果显示，区域传输是华北平原夏季臭氧生成核心主导因素：200公里范围内的本地及邻近区域排放，对站点平均日最大8小时平均臭氧浓度（MDA8 O₃）的贡献率在43%~49%， 800公里范围的贡献上升至77%~91%。进一步对比不同评估指标发现，若分别采用站点均值、站点峰值浓度以及最大人口加权指标开展管控分区评价，臭氧本地优先管控区域发生明显偏移，这也说明单一评价指标难以全面界定臭氧精准管控范围。尤为关键的是，北京地区臭氧午间峰值浓度（MNP）与MDA8 O₃的来源贡献特征存在显著差异：本地排放对MNP的贡献率高达44%，而对MDA8 O₃的贡献率仅为26%；分城市来看，郑州臭氧午间峰值主要受200~500公里范围内的中距离区域传输主导，石家庄则以500~800公里的远距离跨区域传输为主要来源，上述差异直观反映了午间强光化学反应与前体物跨区域输送的叠加增效作用。最后，基于AOT40暴露指标的评估结果表明，华北平原玉米相对产量损失率（RYL）约为21%，该损失主要由区域传输臭氧所致。在北京地区，本地排放对玉米相对产量损失的贡献率为22%，其中城市源排放占本地排放引发产量损失的26%。综上，本研究结果明确表明，在强化局地臭氧精准管控的同时，亟需推进大范围区域协同防控，全力遏制臭氧前体物及臭氧本身的长距离传输；相关研究结论可为空气质量改善与农业稳产保收的协同管理，提供坚实的科学依据与决策支撑。