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数学建模论文A题空气质量评价摘要本文主要研究空气质量评价的相关问题，为突出改进之后的模型中的实时特性而对数据做了必要的省略处理，然后在现有的国家最新空气污染物监测标准（HJ633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定）的基础上利用半集均方差原理对现有空气质量计算模型进行改进。
在论证修正后模型可行性的基础上再对模型加以优化，最后利用优化后的模型对附表二中的各项监测结果得出其空气质量指数。
针对问题一，由于目标模型十分强调实时性，于是把附表一中臭氧8小时平均值﹑细颗粒物24小时平均值﹑可吸入颗粒物24小时平均值做了必要的省略处理。
联系实际分析论证了现有模型的局限性，并在此基础上采用半集均方差原理对现有模型进行改进，结果顺利得到优化后的计算模型。
针对问题二，考虑到优化后的计算模型并没有对不同的污染物的危害做出差异化的评价，而是直接取表中所有污染物的AQI平均值进行分析。
所以引入层次分析法根据污染物的危害性对不同的污染物赋予相应的权重，对半集均方差公式进行合理修正，最后得到修正后的空气质量计算模型。
再代入附表二中的数据即得到各个观测点的空气质量指数。
详细的matlab实现程序见附录二。
【关键词】一维插值半集均方差层次分析加权法优化后的半集均方差1 问题重述空气质量指数（AQI ）是定量描述空气质量状况的无量纲指数。
其数值越大、级别和类别越高，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。
空气质量指数实时报一般是发布每个每一整点时刻的空气质量指数。
实时报的指标包括二氧化硫(SO2)、氧化碳(CO)、二氧化氮 (NO2)、臭氧(O3)1小时平均值、臭氧(O3)8小时平均值、一颗粒物(粒径小于等于10μm)、细颗粒物(粒径小于等于2.5μm)的1小时平均值和24小时平均值共计9个指标。
福建1中列出了某地区11个城市过去7个时刻的空质量指标取值和相应的空气质量指数。
(1) 建立一种新的空气质量指数计算模型，并比较与现有计算模型的区别。
浅谈空气质量指数（ AQI ）与臭氧（ O₃）的指导意义摘要：本文对空气质量指数AQI（Air Quality Index）和臭氧（O₃）作了详细的介绍，AQI是判定空气质量好坏的重要指标，做好AQI的预测，对大气污染的治理有积极的推进作用；而臭氧在AQI中举足轻重，是判定大气环境质量的一个重要指标，同时也与人们生活生产息息相关，因此，了解它们的应用，对于我们日常生活生产有强烈的指导意义。
关键词：空气质量指数（AQI），臭氧（O₃），指导意义近年来，随着中国社会和经济的快速发展，人民的生活水平逐渐提高，但随之而来的生态环境问题却影响着人们的生活质量。
由于不合理的开发和利用，空气质量不断恶化，我国的生态环境面临严重威胁。
大气污染问题已经严重影响社会的可持续发展，对广大居民的生命健康也造成极大的威胁。
空气质量指数（Air Quality Index，AQI）是国际上普遍采用的判定空气质量的重要指标，AQI越高，空气污染越严重，AQI的预测可以及时向政府提供大气环境质量的变化趋势，也可用于对大气污染的控制和管理，同时，臭氧（O₃）在AQI中算是对于我们日常生活生产影响最大的一个组成数据，因此，了解AQI和臭氧对于我们本身而言有什么指导意义就显得十分重要。
一、空气质量的指数（一）含义空气质量指数就是AQI，空气质量（air quality）的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。
空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响。
来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业污染、居民生活和取暖、垃圾焚烧等。
城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。
1.分级方法空气质量按照空气质量指数大小分为六级，指数越大、级别越高说明污染的情况越严重，对人体的健康危害也就越大。
我们可以通过查询当地的空气质量指数，并根据数值来采取相应措施。
课程论文题目臭氧对农业的影响学生姓名学号院系专业指导教师二O一四年五月二十七日臭氧对农业的影响摘要：臭氧层的破坏就是人类当今所要面临的重要环境问题中的一个，自科学家发现南极臭氧空洞以来，臭氧层破坏问题开始被越来越多的国家所重视，但在平时我们所关注较多的是臭氧含量减少对人体及其它生物的危害，而对臭层氧破坏对农业产生的影响和臭氧在农业上的应用这一层面上的研究却并不多见。
本文主要介绍一下臭氧层的概念，作用，臭氧层破坏产生的原因和臭氧对农业的影响。
关键词：臭氧；臭氧层破坏；农业；应用1引言近地层臭氧( O3) 是一种对陆地植被有很强毒性作用的气体污染物, 可以抑制植物的生长, 加速植物老化, 改变碳代谢, 降低产量, 对全球生态系统和农业安全存在严重威胁。
如何准确评价和预测O3 浓度持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一。
本文主要介绍一下臭氧层的概念，作用，臭氧层破坏产生的原因和臭氧对农业的影响。
2臭氧层的含义及作用2. 1含义：在大气平流层中距地面 20-40 公里的范围内有一圈特殊的大气层，这一层大气中臭氧含量特别高。
大气平均臭氧含量大约是 0.3ppm，而这里的臭氧含量接近 10ppm，高空大气层中90% 的臭氧集中在这里，因而称之为臭氧层。
2. 2 臭氧层的作用：大气臭氧层主要有三个作用如下：2.2.1保护作用臭氧层能够吸收太阳光中的波长300μm以下的紫外线，主要是一部分中波紫外线UV-B 和全部的短波紫外线UV-C，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。
只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。
所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍。
图2保护作用示意图2.2.2加热作用臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空15～50km存在着升温层。
各类大气污染物的危害一、硫氧化物污染及危害硫氧化物，主要是SO₂，它是目前大气污染物中数量较大，影响面较广的一种气态污染物。
世界范围内出现的大气污染事件几乎都与SO₂有关。
大气中SO₂的来源很广，几乎所有的工业企业都可能产生，主要是燃烧含硫的化石燃料（煤、石油）时产生的。
一吨煤中含有5-50千克硫，一吨石油中含5-30千克硫，这些燃料经燃烧都能排出大量的SO₂，占所有排放SO₂总量的96％。
火电厂是SO₂的主要污染源，每燃烧一吨1％含硫量的煤，约排放SO₂18千克。
据统计1997年中国工业部门SO₂排放量为1852万吨，其中火电厂（原电力部6MW及以上机组）排出的SO₂约占全国工业部门SO₂排放量的38％。
除此之外，有色金属冶炼、硫酸制造、炼油等过程，也排放大量的SO₂。
排到大气中的，在太阳的紫外线照射和某些粉尘颗粒的催化作用下，经过一系列的光化学反应，变成三氧化硫，当它们和空气中的水蒸气相遇，就变成了硫酸，随雨水降落形成了酸雨。
“酸雨”（Acid Rain）通常指PH值低于5.6的降水。
正常情况下，由于空气中的二氧化碳溶于降水，形成稀碳酸，降水应该是微酸性的，但由于大气中其他酸性物质的存在，使降水的PH值降低。
降水包括雨、雪、霜、雹、露雾等，这些统称为“湿沉降”。
此外，大气中的酸性物质还可以通过“干沉降”形式转移至陆地。
目前，人们把酸雨和酸沉降两个概念已经等同起来。
酸雨现象是英国化学家R.A.史密斯于1852年在曼彻斯特地区分析雨水时首先发现的。
时隔一个世纪以后，酸雨现象才在全球范围内逐步受到人们的重视。
20世纪70年代初，酸雨的危害或许仅是局部地区性问题，然而，20世纪70年代中期以来，酸雨已经在北半球广泛出现，迅速发展成为当代全球性的主要环境问题之一。
酸雨污染可以发生在SO₂排放地的500-2000KM范围内，酸雨的长距离传输会造成典型的广域污染问题。
在西欧、北欧、美国东北部以及加拿大等广大区域，酸雨已成为大气污染的重要特征，美国东部雨水的PH值为4.25-4.5，酸雨污染最严重。
我国生态问题的成因及危害环境是当今全球面临的严峻问题，对于我们这样一个人口众多，资源相对不足，环境脆弱的发展中国家更是一个严峻挑战。
目前,生态环境已经成为制约我国发展的一个重要因素，成为威胁中华民族生存与发展的重大问题。
为了我国更好的发展,我们必须了解我国目前有哪些生态问题,它的成因以及危害是什么，只有这样我们才能对症下药,集中精力去解决最急迫的问题，力求达到事半功倍的效果。
我国主要的生态问题主要表现在水资源、土地资源、空气资源、森林资源、草原资源、动物资源等方面,具体体现为水土流失，土地荒漠化,地下水位下降，湖泊面积减小，水质污染，水资源缺乏,动物物种锐减，天然森林资源锐减，草原生态系统失衡，空气污染，噪音污染，湿地面积减少。
放眼当前的世界，当前的中国，早已是满目疮痍，生态环境为什么会变成这样？我想只能问曾经和现在生活在这片土地上的人们，我们到底做了什么?是我们该醒醒的时候了，想想我们的草地、森林、空气、水，曾经的绿地变成荒漠，曾经的清澈变成浑浊，曾经广袤无垠变成大窟窿。
它们为什么变成样了.从政治方面来看，生态环境保护的法制不完善和资源价格政策的不合理性是生态环境破坏的关键因素.生态环境立法不配套，不能完全适应社会主义市场经济的需求，国家生态环境保护管理体制尚未完全理顺，职责分不清，相互配合不够协调，环境资源管理机构不健全，人员少，技术手段差，执法不严,群众对环境保护的参与、监督机制不健全。
长期以来,我国的自然资源低价或者无价的政策，引发了一系列问题。
资源无价政策诱使人们单纯的追求经济产值和经济增长速度，不顾自然资源过度开发和因此造成的资源浪费并最终导致自然资源的不断衰竭.从经济方面来看,人口的持续增长、粗放式经济增长方式、产业结构不合理、对生态环境的保护和建设投入不足是生态环境破坏重要因素。
资源的需求量不断的增长，人们只有不断地向自然索取，但是由于产业结构不合理和我国技术水平不发达,是我们一直以粗放的经济方式实现经济快速增长的目的，结果资源不仅大量浪费，而且给空气，水，土地等自然资源带来不可恢复的伤害，再加上我国对生态环境的保护的资金和认识不足,使问题逐日累积最后达到不可收拾的地步.从文化方面来看，对生态环境资源价值的认识不足和全民生态意识薄弱是生态环境破坏的一个因素。
第二章中国生物多样性及其受威胁的原因一、生物多样性的定义：概念的提出：生物多样性的概念由美国野生生物学家雷蒙德1968年在其通俗读物《一个不同类型的国度》一书中首先使用的，是Biology 和Diversity 的组合，即Biological diversity。
此后的十多年，这个词并没有得到广泛的认可和传播。
“生物多样性”（Biodiversity）的缩写形式由罗森（W.G.Rosen）在1985年第一次使用，并于1986年第一次出现在公开出版物上，由此“生物多样性”在科学和环境领域得到广泛传播和使用。
我国广泛采用的定义生物多样性：是指所有物种、种内遗传变异及其生存环境的总和，包括地球上现存的各种生物，以及它们拥有的基因、它们与生存环境所组成的生态系统。
其它定义：1992年，联合国《生物多样性公约》对生物多样性的定义：所有来源的活的生物体中的变异性，这些来源包括陆地、海洋和其它水生生态系统及其构成的生态综合体；包括物种内、物种间和生态系统的多样性。
生物多样性是怎么产生的？其根本原因是生物界的遗传变异和重组。
所以《公约》定义强调了变异性。
二、生物多样性的组成和内在联系：组成：生物多样性在分子水平上、个体水平上和群落水平上可划分遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
内部联系：遗传多样性是生物多样性的内在物质基础；物种多样性和生态系统多样性是生物多样性的外在表现形式。
生物多样性是生命系统的基本特征。
生命系统是一个等级系统，包括多个层次或水平：生物大分子、基因、细胞、组织、器官、个体、种群、物种、群落、生态系统、景观。
每一个层次都具有丰富的变化，即都存在着多样性。
但在理论与实践上重要且研究较多的主要有基因多样性（或遗传多样性）、物种多样性、生态系统多样性。
三、生物多样性与人类社会有什么关系？生物多样性是人类社会生存与发展的物质基础。
生物多样性对人类社会的价值主要体现在两个方面：第一：直接价值。
从生物多样性的野生和驯化的组分中，人类得到了所需的全部食品、许多药物和工业原料，同时，它在娱乐和旅游中也起着重要的作用（即存在价值和美学价值）；第二：间接价值。
我国地面臭氧污染及其生态环境效应一、本文概述随着我国经济的快速增长和城市化进程的推进，地面臭氧污染问题日益凸显，成为大气环境领域研究的热点和难点。
本文旨在全面概述我国地面臭氧污染的现状、成因、变化趋势以及其对生态环境的影响，以期为相关政策的制定和污染防治措施的实施提供科学依据。
文章将首先介绍地面臭氧污染的基本概念、形成机制和主要来源，分析我国地面臭氧污染的空间分布特征和季节变化规律。
接着，文章将深入探讨地面臭氧污染对人体健康、农作物生长、生态系统稳定等方面的影响，揭示臭氧污染与生态环境之间的复杂关系。
在此基础上，文章还将梳理国内外关于地面臭氧污染防治的研究进展和实践经验，提出适合我国国情的臭氧污染防治对策和建议。
本文期望通过系统梳理和分析我国地面臭氧污染及其生态环境效应，为我国大气环境保护和生态文明建设提供有益参考，同时也为国际臭氧污染研究领域贡献中国智慧和方案。
二、地面臭氧污染的形成机制地面臭氧污染的形成是一个复杂的大气化学反应过程，涉及多种前体物、气象条件以及光化学反应等多个因素。
在众多因素中，氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）是最主要的臭氧前体物。
当太阳光照射到地面时，大气中的氮氧化物和挥发性有机物吸收太阳光中的紫外线，开始发生光化学反应。
在这个过程中，氮氧化物被氧化成二氧化氮（NO2），而挥发性有机物则被氧化成一系列有机过氧化物。
接着，这些有机过氧化物与二氧化氮进一步反应，形成臭氧（O3）。
这一反应在阳光充足、温度较高的条件下进行得尤为迅速，因此臭氧浓度往往在夏季和午后达到高峰。
气象条件也是影响臭氧生成的重要因素。
例如，低风速、高湿度和逆温等气象条件容易导致污染物在大气中积聚，从而增加臭氧的生成。
相反，强风、降雨等气象条件则有助于污染物的扩散和清除，从而降低臭氧浓度。
地面臭氧污染的形成是一个涉及多种因素的大气化学反应过程。
为了有效控制和减少臭氧污染，我们需要从源头控制氮氧化物和挥发性有机物的排放，同时还需要加强大气环境监测和预警，以及采取科学有效的气象干预措施。
全球污染对生物种群的影响一、大气污染对生物的影响与危害陆生植物和动物绝大部分是暴露在大气中生存的，它们直接承受着大气污染。
少数营地下生活的陆生动物，与大气直接接触的机会不多，但也通过食物链等途径受到大气污染的危害。
大气中的主要污染物二氧化硫、氟化物、光化学烟雾、乙烯、放射性污染物以及酸雨等，都无不例外地影响和危害着各种动、植物的生长发育和生理机能。
由于动物具有回避能力，可以主动脱离污染地区。
所以，大气污染对于动物主要是改变其局部地区的种群或群落结构，而对动物个体发育的影响以及由此对人类利益带来的损害，远较植物为轻，故下面主要就大气污染对植物的影响和危害加以阐述。
（一）、二氧化硫对植物的影响和危害大气中人为排放的二氧化硫主要来自煤炭、石油等化石燃料的燃烧，以及冶炼工业排放的废气。
进入大气中的二氧化硫经催化作用或光化学反应又可生成三氧化硫和硫酸。
三氧化硫在大气中的含量不高，对植物造成危害的主要是二氧化硫和硫酸形成的酸雨。
一定浓度的SO2能使农作物和林木的生长发育受到影响。
水稻在SO2的影响下，分蘖有选举权减少，同化率和干重降低，其原因可与光合作用强度降低有关，并在低浓度SO2的作用下与呼吸作用的亢进有关。
树木在SO2的影响下，由于大量叶片受到损害，致使高生长和么生长都会出现明显减少。
在SO2的作用下，植物的授粉等生殖过程及产量也会受到不同程度的影响。
SO2能使蓖麻（Ricinuscommunis）柱头由淡黄转为黄褐色，授粉率降低，花粉管生长速度减慢。
禾本科植物抽穗前期受SO2的毒害，将导致抽穗期推迟。
开花期受害，千粒重将明显下降。
SO2对植物生理机能的影响，尤其是影响的机制，现在不远远没有弄清。
据目前所知，这类影响至少与HSO3－、SO32－和H+等三种离子有关。
这三种离子通过直接作用或间接作用，对膜系统、光合作用和呼吸作用等产生一系列的影响和危害。
（二）、氟化物对植物的影响和危害大气中的氟主要来自陶瓷、砖瓦、磷肥、炼铝和玻璃等工业部门排放的废气，以及家庭和工业用煤的燃烧。
我国臭氧污染特征及现状15213363 袁珺【摘要】随着工业化的发展，臭氧已经成为主要的大气污染物之一。
本文阐述了对流层臭氧的来源、特征分布及我国臭氧污染与监控现状等方面，分析了臭氧污染的特征及现状，结果表明：我国臭氧污染时间分布上呈现季节差异，出现日变化；空间分布上呈现南北、区域差异。
我国臭氧污染现状不容乐观，监控现状需要进一步的到位。
【关键词】臭氧污染；分布；现状1 引言臭氧是天然大气中的重要微量组分，大部分集中在平流层，对流层臭氧约占10%。
对流层臭氧由于可以引发光化学烟雾而成为污染气体，它对人类健康、农作物和植物的生长都会造成诸多问题【1】。
在我国，随着城市化和机动车保有量的快速增长，很多地区空气质量出现显著下降，其中臭氧污染问题尤为突出。
因此，了解我国臭氧污染的特征及现状，做好臭氧污染的防治工作是十分必要的。
2 臭氧污染来源对流层中的臭氧可来自两方面：平流层臭氧输送和对流层的光化学反应。
除少量由平流层臭氧向近地面传输外，由人类活动排放的NOx与VOCs经过复杂的大气化学过程所产生的二次污染是对流层臭氧的主要来源【2】。
天然源的对流层臭氧包括平流层进入的部分，以及由自然产生的NOx（土壤、闪电和平流层传输）与生物排放的VOCs（甲烷类化合物）反应所生成的部分。
而人为源地面臭氧是由燃煤、机动车尾气以及石油化工等排放的NOx与VOCs反应所生成的部分。
其中NOx主要指NO和NO2，而VOCs则包括烃类、卤代烃、芳香烃和多环芳香烃等。
CTM（Global Chemical Transport Model）模型研究表明，每年对流层臭氧可达344 Tg（百万吨），平均48%来源于区域光化学反应，29%来源于区域外远距离传输，23%来源于平流层【3】。
3 臭氧污染分布特征3.1 时间分布研究表明，对流层臭氧浓度与温度有较大的线性相关性。
臭氧浓度的月变化明显，一般一月份浓度最低，六月份浓度最高；也就是具有较强的季节性特征，主要表现为冬季浓度最低，春夏季最高【4-7】。
对流层臭氧污染特征及来源张圆圆（兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000）摘要：近年来由于人类活动的影响，地面大气中的臭氧浓度不断升高，对流层臭氧污染已成为困扰人类的另一大环境问题。
它的生成与氮氧化物和挥发性有机物等大气污染物相关性较大，原因复杂，污染防治难度较高。
它对人类健康、农作物和植物的生长都会造成诸多危害。
因此，了解对流层臭氧的污染特征、来源及其危害，对做好臭氧污染的防治工作十分重要。
本文综合叙述了对流层臭氧的污染特征、来源及防治方法。
关键词：对流层臭氧污染特征来源防治方法一、对流层臭氧简介臭氧是地球大气中重要的气体，90%集中在10-30km的平流层，仅有10%分布在对流层中，但这10%的对流层臭氧却与人类活动密切相关。
在对流层里存在的臭氧是光化学烟雾的组成部分之一，它浓度在10～100ppb范围内，不同于平流层臭氧对地球生态系统的巨大贡献，对流层臭氧对人类及生物圈是有害的。
二、对流层臭氧的污染特征1．空间分布特征对流层从地球表面延伸至10~18千米高度（其厚度与纬度相关），内部又可分为许多层，而臭氧主要集中在混合层（即从对流层到平流层的过渡区）。
而在混合层下方，也就是绝大多数生物生活的高度（距地面0~10千米），臭氧的浓度相对很低，但由于它容易对人类健康产生不良影响，因此是一个亟待解决的环保问题。
一些城市的监测情况显示，郊区的臭氧浓度高于市区。
对于这一现象，专家说，这是因为生成臭氧的“原料”（氮氧化物和挥发性有机化合物）主要来自机动车尾气等，而氮氧化物等尾气发生光化学反应有一个过程，当“原料”随风飘到郊区时，反应更充分，臭氧浓度就更高。
另一方面，在机动车产生的“新鲜”的氮氧化物中，二氧化氮是产生臭氧的“原料”，一氧化氮则有消除臭氧的效果，而等扩散到了郊区，氮氧化物中消耗臭氧的一氧化氮都被氧化成了二氧化氮，如此一来，郊区的臭氧含量高于城区也就不足为奇。
2. 时间变化特征一年之中，臭氧浓度的最高峰集中在夏季。
臭氧对农作物影响的模型3姚芳芳 王效科33 冯宗炜 欧阳志云(中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085)摘 要 对流层臭氧(O 3)浓度增加对作物的不利影响已受到广泛关注,臭氧模型研究自然已成为该领域的热点之一。
建立有效的模型对臭氧造成的作物产量损失进行评估和预测,能为中国臭氧污染的控制和农业安全提供科学依据。
根据模型与作物生长关系的紧密程度,可将其分为统计模型和机理模型2大类。
本文依据模型的研究进程,依次阐述了浓度响应、剂量响应、通量响应3个统计模型;重点分析国内外影响较大的CLASS 、Martin 和AFRC WHEAT22O 33个机理模型;指出各模型的局限性,并对相关研究发展方向的可行性措施进行讨论。
关键词 臭氧;模型;农作物;通量;光合作用中图分类号 X503 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2007)04-0571-06Research advances i n si m ul a ti on m odels of ozone i m pact on crops .Y AO Fang 2fang,WANG Xiao 2ke,FE NG Zong 2wei,OUY ANG Zhi 2yun (S tate Key L abora tory of U rban and R egional E 2cology,R esearch Center for Eco 2Environm ental Sciences,Chinese A cade m y of Sciences,B eijing 100085,China ).Chinese Jou rna l of Ecology ,2007,26(4):571-576.Abstract:The i m pact of increasing oz one (O 3)concentrati on in tr opos phere on cr op s has being dra wn more and more concern,and its si m ulati on study has beco me a hots pot .To build effectual si m ulati on models t o evaluate and p redict the cr op l oss by O 3would hel p t o the oz one polluti on contr ol and agriculture safety .According t o the relati onshi p s bet w een cr op gr owth and O 3,the models could be classified as statistical models and mechanis m models .I n this paper,concentra 2ti on 2,dose /exposure 2and flux 2based statistical models were intr oduced,based on their devel op 2ment p r ocess,and three influential mechanis m models (CLASS,Martin,and AFRC WHEAT22O 3)were discussed in p iv ot .The li m itati ons of each model were pointed out,and the devel op 2ment trends of related studies in China were put f or ward .Key words:oz one;model;cr op;flux;phot osynthesis .3国家重点基础研究发展规划项目(2002CB410803)和国家自然科学基金资助项目(30670387)。
第1期刘怡卉&我国臭氧污染现状及管控措施建议• 253 •我国臭氧污染现状及管控措施建议刘怡卉(中科弘清（北京）科技有限公司，北京100088)摘要:论述了我国臭氧污染及管控现状，介绍了臭氧污染的成因、分布特征及影响因素，并对管控措施提出几点建议。
关键词:臭氧污染%现状%管控%措施中图分类号:X511 文献标识码文章编号：1008-021X(2021 #01-0253-02近年来，我国臭氧污染现象日益严重，臭氧污染主要由大气光化学反应生成，会对人体健康和生态环境产生影响。
对于我国日益严重的臭氧污染情况，需做到制定严格的空气质量标准，N〇x V V O K协同治理及实现区域联防联控。
1介绍1)臭氧臭氧是一种浅蓝色、有刺激性气味的气体，具有极强的氧化性。
地球上的臭氧90%分布在平流层中，小部分分布在对流层中。
在平流层中，臭氧是有益的，其高度主要分布在20k m到 50 k m之间。
臭氧层能够吸收紫外辐射，具有阻拦强紫外辐射到达地面，保护地球生物的作用。
同时臭氧层可以吸收紫外辐射的能量，使平流层温度升高，有助于大气垂直温度结构和大气辐射平衡的建立。
然而在对流层中的臭氧是有害的，它会对人类和生态环境产生较大危害。
首先，臭氧是一种强氧化剂，是导致酸雨或光化学烟雾形成的因素之一;其次，臭氧是一种温室气体，会加剧温室效应;最后，臭氧本身就是一种污染气体，当浓度过高时（>300 #g/m+)时，会对人类和动物的深部呼吸道粘膜和组织产生刺激[1]，当人类吸收过多臭氧时，会深度损伤肺功能，造成人们眼鼻疼痛、呼吸困难等症状[2]。
同时有证据表明臭氧污染能够对植物生理过程产生不利的影响[3]，是造成森林大片死亡的原因之一[1]。
目前，尚没有有效的臭氧个人防护措施，室内空气净化器与口罩均无法起到保护人类免受臭氧危害的作用，在臭氧污染严重时，建议公众，尤其是老人、儿童及呼吸系统疾病和心脏系统疾病患者尽量减少外出[5]。
臭氧污染对中国植物生产力的影响目录臭氧污染简介及研究现状.......................................................................................................................... 臭氧的产生和分布...................................................................................................................................臭氧的危害和作用机理..................................................................................................................... 模型模拟和方法 .......................................................................................................................................臭氧污染对中国植物生产力的影响臭氧概述臭氧是氧的同素异形体分子式为O3。
有极强的氧化性，稳定性极差，常温下会自行分解，通常以稀薄的状态混合于大气之中。
臭氧是引起气候变化的重要因子之一，是平流层和对流层中第三重要的温室气体。
平流层臭氧能够全吸收波长290nm以下的紫外线辐射（UV-C），对290-320nm波长的紫外线吸收率达到近90%，极大减弱了地表紫外线辐射强度。
因此，臭氧层成为保护地球免遭紫外辐射伤害的重要屏障。
另一方面，臭氧也是重要的氧化剂，在大气光化学过程中起着重要作用。
臭氧的强氧化性对细胞，植物等都具有危害。
由于人类生活排放到空气中的氮氧化物，一氧化碳等易于受光辐射作用产生臭氧，从而引起对流层臭氧浓度的变化，造成空气污染（王春已 2007）。
平流层中臭氧层高度在20km-50km之间，虽然臭氧以稀薄的状态存在于平流层中，却起到了很强的保护作用（Andrews 1987）。
自然条件下平流层臭氧一般难以到达近地面环境，对流层臭氧中仅20%来自于平流层入侵，剩下部分主要来自于光化学反应和生物排放（Bridgman 1990）。
Altshuller等计算认为，自然界的本底臭氧浓度包含生物排放和平流层入侵，浓度大约在20ppb（Puxbaum 1991）。
但是伴随着人类工业和生产生活动，臭氧浓度发生了急剧变化。
20世纪80年代左右，美国、欧洲的部分重污染城市其臭氧最大小时浓度已经接近200 pbb 以上，部分时间段甚至超过400 pbb（Appo 1985），见表 1。
20世纪末，对流层臭氧浓度预计会以每年0.5%的速度增长，近地层臭氧也会有明显增加（Fishiman 1991，Flower 1999）。
McCurdy等人（1994）针对一些国家地区的进行了检测，公布了部分国家地区的臭氧浓度监测结果，见表 2。
Arif （2011）等人总结了北半球多国观测数据，计算出从1950年到2000年这50年来，臭氧浓度按照逐年0.06-3.1%的速度增加。
到了21世纪初，大气臭氧浓度已增加到50-60 ppb，而部分城市地区甚至达到了100 ppb或更高。
模型预测指出，依据现有的增长速度，在2020年，臭氧浓度会比2000年高出50%，2050年的臭氧浓度会比2020年高出20%-25%(Meehl 2007，Sitch 2007)。
届时，全球24 小时平均地面臭氧浓度会从工业革命之前的24~35 ppb 升高至2100 年的40~70ppb (Sitch et al., 2007)。
在1990年之前，中国城市的臭氧浓度一直低于美国和欧洲，但自那以后，由于汽车尾气排放的增加，以及发电和工业中化石燃料的使用，臭氧浓度迅速上升。
区域O3污染已经成为中国首要的环境问题之一，特别是在那些经济活跃和人口稠密的地区。
中国的一些主要城市，如北京、上海、济南、香港和广州都面临着光化学威胁。
高表面O3浓度在中国各地经常被报道(例如，Lu 2002，Zhang 2000，Shan 2006 2009，Streets 2007，Tang 2009 1995 1989，Wang 2007)。
作为臭氧的主要前体，氮氧化物排放在过去二三十年中是中国所有空气污染物中增长最快的(Liu 2013，Ohara 2007，Zhang 2012 2009 2007)。
1990年至2030年中国氮氧化物排放总量估算从1990年的8.3 Tg迅速增长到2010年的21.9-26.1 Tg，年增长率为5%。
从1996年到2011年，广州、上海和北京周边地区上空的NO2对流层柱分别增加了82%、292%和307% (Huang 2013)。
使用IPCC对21世纪排放情景的模型预测表明，臭氧背景可能上升到超出国际公认的人类健康和环境环境标准的水平。
使用五种较不保守的IPCC排放情景，预计到2040年全球地表O3平均浓度将在35-48 ppb, 2060年为38-71 ppb, 2080年为41-87 ppb, 2100年为42-84 ppb (Vingarzan 2004)。
表 1 世界部分城市最大小时臭氧浓度（修改自APPO 1985）城市墨西哥城洛杉矶雅典东京奥斯陆悉尼罗马萨格勒布最大小时浓度(pbb)470 400 >250 >200 200 >160 140 140臭氧的产生早期对近地臭氧的认识，认为其主要来自平流层入侵（Danielsen 1968，Junge 1962，Fabian 1977）。
直到二十世纪七十年代，Chameides和Walker （1974）以及Crutzen（1973）的研究才表明对流层臭氧主要并非来自平流层入侵。
然而近地对流层臭氧浓度的增加也并非来自臭氧的直接排放，而是由臭氧前体污染气体排放，并经过光化学反应产生。
因此在近地面，臭氧还是一种光化学污染物，其作为光化学反应的氧化剂，对光化学污染起到关键作用。
光照条件下氮氧化物（化学式写作NOx）通过氧化挥发性有机物（VOCs）以及一氧化碳（CO）从而生成臭氧（Seinfeld 1991）。
图 1 臭氧形成过程示意图（J.N Cape 2008）图 1是反应过程示意图，二氧化氮在光照下，光解产生氧原子，并进一步和氧气分子结合，形成臭氧。
臭氧分子又会短时间内氧化一氧化氮分子重新生成二氧化氮和氧气。
该反应在空气中形成化学平衡，可以表示为[O3]=K[NO2]/[NO]，K为该反应的平衡常数。
而大气中的碳氢化合物还有氢氧根等自由基可以进一步和一氧化氮反应生成二氧化氮，从而使臭氧和二氧化氮的反应被促进。
以植物产生的VOCs为例，烷烃RH具有活性很强的过氧自由基，而过氧自由基也能和一氧化氮发生反应生成二氧化氮，从而打破了臭氧和一氧化氮的化学平衡，促使更多的二氧化氮分解为一氧化氮，并产生臭氧。
而臭氧的消耗，主要是依赖于OH自由基，臭氧能够和水发生反应产生OH自由基。
但是该反应中OH自由基也会和一氧化碳以及VOCs发生反应产生过氧自由基，从而促进二氧化氮的生成。
在近地面臭氧分解主要受到OH自由基的影响，而OH自由基取决于大气水蒸气的含量。
因此越靠近地表，臭氧越容易被分解。
另一方面取决于臭氧的沉降速率，Kely等人（1999）经过观测，粗略估计臭氧的沉降速率在每秒几厘米。
但是伴随干沉降和湿沉降的研究逐渐深入，并且人们认识到臭氧沉降速率伴随空气阻力、下垫面等发生变化（Wesely 1989），现有的臭氧日沉降估计大约在每秒一厘米左右（Fares 201O 2012，Massman 1994，Matsuda 2005，朱治林等 2014)。
当下全球臭氧污染最严重的三个地区分别是北美东部地区，中国东部地区，欧洲地区（Nadine Unger 2020），图 2。
另外，还有印度地区，北非地区以及南美部分地区都受到较严重的臭氧污染的影响（S. Sitch 2007）。
中国和美国是当今世界上最大的化石燃料二氧化碳排放国。
中国和美国土地生态系统中的碳积累抵消了其化石燃料的排放量约10-20％（jiang 2016，King 2015），而欧洲从工业革命开始，就受到臭氧污染的影响。
从1970年开始，北半球臭氧浓度呈现明显的上升趋势，但是近二十年来，由于各种控制措施，各个国家的臭氧变化有所差异，在欧洲地区在2000年前呈上升趋势，2000年后趋于平稳，美国东部地区已开始有所下降，在春季会出现略微回升（Monks 2009，Cooper 2014，Parrish 2012，Oltmans 2013）。
图 2.臭氧引起的GPP损失最严重的三个地区而中国东部地区的臭氧污染仍也较为严重，尤其京津冀、长三角、朱三角等地区（Wang Tao 2017），在四到九月臭氧污染尤为突出（刘俊 2018，孙雷 2019，Wang T 2010，Wang Y 2009，）。
中国地区臭氧污染受到城市人口，工业，经济等多个因素影响（王鑫龙 2019）。
如程麟均等（2017）就把中国地区按照臭氧时空分布和控制因素分成了十个模态，十六个地区。
其中，京津冀、长三角、珠三角作为环保部指定的重点污染区，其主控因素略有差异，京津冀和长三角地区受到工业排放和人口密度影响较大（Wang X 2009），而珠三角地区除受到工业排放和人口密度外和其第一产业也存在较大关系。
在华北平原，由于人口密度从京津冀向外逐渐变少，臭氧也呈梯度变化趋势（姚青 2019）。
长三角地区主要由于工业去较为集中，因此工业排放成为臭氧污染的主控因素（王萍 2019）。
珠三角地区虽然污染相对较低，但是其工业排放以及森林农田产生的VOCs也成为臭氧污染的来源之一（耿一超 2019，王鑫龙 2019）。
图 3.中国地区2013年氮氧化物排放强度（Wang Tao 2017），分辨率为0.25x0.25。
图 4.东亚地区对流层NO2柱含量分布图（刘宁微 2017）对于京津冀地区而言，Mijing（2013）指出河北省男氧化物排放量位居全国前三。
京津冀地区的高污染排放贡献，相比于其他如欧洲，北美地区的远程污染物输送要大得多（Fu J.S 2012）。
该地区的氮氧化物排放主要来自于城区，而VOCs的排放主要来自于周边乡镇地区(Chou 2009，Wang 2010)。
Wang等人(2009)利用OSAT源类别分析进行的补充分析表明，北京不同来源的相对臭氧贡献分别为31.6%(迁移)、20%(工业)、13%(点排放)和12%(生物源)。
