附件3 《环境空气臭氧污染来源解析技术指南(试行) (征求意见稿戊编制说明 《环境空气臭氧污染来源解析技术指南(试行) (征求意见稿)》编制组 O一八年七月
— 30 — 附件 3 《环境空气臭氧污染来源解析技术指南（试行） （ 征 求 意 见 稿 ）》编 制 说 明 《环境空气臭氧污染来源解析技术指南（试行） （征求意见稿）》编制组 二〇一八年七月
项目名称:环境空气臭氧污染来源解析技术指南(试行)(征求意见稿) 起草单位:中国环境科学研究院、北京大学、中国科学院合肥物质 科学研究院、暨南大学、华北电力大学、北京市环境保护监测中心、 北京林业大学等 生态环境部科技标准司项目管理人:陈胜 技术联系人:李红,(010)84912734,Ihong@craes.org.cn
— 31 — 项目名称：环境空气臭氧污染来源解析技术指南（试行）（征求意见稿） 起草单位：中国环境科学研究院、北京大学、中国科学院合肥物质 科学研究院、暨南大学、华北电力大学、北京市环境保护监测中心、 北京林业大学等 生态环境部科技标准司项目管理人：陈胜 技术联系人：李红，（010）84912734，lihong@craes.org.cn
目录 项目背景 35 1.1任务来源 35 1.2工作过程 35 2.技术指南制订的必要性分析 36 3.技术指南制订的目的、原则和工作思路 3.1制订目的 3.2制订原则 37 3.3工作思路 38 4.国内外环境空气臭氧污染来源解析工作进展 38 41环境空气臭氧污染成因研究进展 38 4.2国际臭氧污染来源解析工作进展. 4.3我国臭氧污染来源解析工作进展 5.对流层大气臭氧污染形成的物理化学机理 5.1影响臭氧污染的气象及大气物理过程 5.1.1大气辐射对臭氧的影响 22 5.1.2气候类型、天气系统以及风、云量对昊氧的影响43 5.1.3中尺度气象系统的影响 5.1.4大气边界层和复杂地形的影响 344 5.2臭氧生成的大气光化学过程 6.基于空气质量模型的臭氧来源解析方法说明. 46
— 32 — 目 录 1. 项目背景..................................................................................... 35 1.1 任务来源..............................................................................35 1.2 工作过程..............................................................................35 2. 技术指南制订的必要性分析.....................................................36 3. 技术指南制订的目的、原则和工作思路.................................37 3.1 制订目的..............................................................................37 3.2 制订原则..............................................................................37 3.3 工作思路..............................................................................38 4. 国内外环境空气臭氧污染来源解析工作进展.........................38 4.1 环境空气臭氧污染成因研究进展..................................... 38 4.2 国际臭氧污染来源解析工作进展..................................... 39 4.3 我国臭氧污染来源解析工作进展..................................... 40 5. 对流层大气臭氧污染形成的物理化学机理.............................41 5.1 影响臭氧污染的气象及大气物理过程.............................42 5.1.1 大气辐射对臭氧的影响............................................42 5.1.2 气候类型、天气系统以及风、云量对臭氧的影响43 5.1.3 中尺度气象系统的影响............................................43 5.1.4 大气边界层和复杂地形的影响............................... 44 5.2 臭氧生成的大气光化学过程............................................. 44 6. 基于空气质量模型的臭氧来源解析方法说明.........................46
6.1臭氧与前体物敏感性分析 46 6.1.1方法简介 46 6.1.2应用案例 6.2源-受体贡献分析:臭氧来源解析源追踪方法…. 49 6.2.1方法简介 49 6.2.2应用案例 50 6.3源-受体减排情景分析:强力削减法. 2 6.3.1方法描述 .52 6.3.2应用案例. 7.基于观测的臭氧来源解析方法说明 7.1外地传输臭氧的定量方法 53 7.1.1背景点测量法 53 7.1.2主成分分析法 54 7.2基于观测的臭氧敏感性分析方法 7.2.1相对增量反应活性 7.2.2臭氧等浓度曲线法(EKMA曲线) 7.2.3光化学指示剂比值法… .57 7.3挥发性有机物监测方法 57 7.4臭氧生成关键VOCs前体物识别 7.5基于受体模型的VoCs来源解析及臭氧来源解析方法..61 7.5.1VOCs来源解析 61 7.5.2臭氧来源解析 61 8.臭氧前体物排放清单要求与特征分析说明. 33
— 33 — 6.1 臭氧与前体物敏感性分析................................................. 46 6.1.1 方法简介....................................................................46 6.1.2 应用案例....................................................................47 6.2 源-受体贡献分析：臭氧来源解析源追踪方法................49 6.2.1 方法简介....................................................................49 6.2.2 应用案例....................................................................50 6.3 源-受体减排情景分析：强力削减法...............................52 6.3.1 方法描述....................................................................52 6.3.2 应用案例....................................................................52 7. 基于观测的臭氧来源解析方法说明.........................................53 7.1 外地传输臭氧的定量方法................................................. 53 7.1.1 背景点测量法............................................................53 7.1.2 主成分分析法............................................................54 7.2 基于观测的臭氧敏感性分析方法..................................... 55 7.2.1 相对增量反应活性....................................................55 7.2.2 臭氧等浓度曲线法（EKMA 曲线）.......................... 57 7.2.3 光化学指示剂比值法................................................57 7.3 挥发性有机物监测方法..................................................... 57 7.4 臭氧生成关键 VOCs 前体物识别....................................... 60 7.5 基于受体模型的 VOCs 来源解析及臭氧来源解析方法...61 7.5.1 VOCs 来源解析...........................................................61 7.5.2 臭氧来源解析............................................................61 8. 臭氧前体物排放清单要求与特征分析说明.............................62
8.1氮氧化物源排放清单建立方法. 62 8.2人为源挥发性有机物源排放清单建立方法」 63 8.3天然源挥发性有机物排放量估算 8.4源排放清单的评估与验证
— 34 — 8.1 氮氧化物源排放清单建立方法......................................... 62 8.2 人为源挥发性有机物源排放清单建立方法.....................63 8.3 天然源挥发性有机物排放量估算..................................... 63 8.4 源排放清单的评估与验证................................................. 66
项目背景 1.1任务来源 近年来,我国大气臭氧污染呈加剧态势,已成为继PML5后困扰 城市空气质量改善和达标管理的另一重要污染物,且治理难度比PM25 更大,给生态环境部门和各级人民政府带来巨大压力。为了科学指 导各地科学开展环境空气臭氧污染来源解析工作。2017年1月原环 境保护部科技标准司下达《环境空气臭氧污染来源解析技术指南》 以下简称指南)编制工作任务。该任务由中国环境科学研究院牵 头,组织北京大学、中国科学院合肥物质科学研究院、暨南大学、 华北电力大学、北京市环境保护监测中心、北京林业大学等单位共 同承担技术指南编制工作。任务承担单位根据国内外环境空气臭氧 污染来源解析工作较为成熟的研究方法和实践成果,制订了本项技 术指南。 1.2工作过程 2017年1月,原环境保护部科技标准司下达本项工作任务。中 国环境科学研究院接到本项任务后,成立了指南编制组,启动指南 的编制工作。2017年3月,在综合分析国内外有关臭氧污染成因分 析与来源解析的资料及研究成果的基础上,结合编制组多年的臭氧 污染来源解析实践经验,确定了本指南制定的技术路线和分工,并 在此基础上编写了指南初稿。随后科技标准司在北京召开了第一次 专家咨询讨论会 针对专家意见,编制组进一步参阅了相关资料,对指南进行了 认真修改。2018年4月,科技标准司在北京召开了第二次专家咨询
— 35 — 1. 项目背景 1.1 任务来源 近年来，我国大气臭氧污染呈加剧态势，已成为继 PM2.5后困扰 城市空气质量改善和达标管理的另一重要污染物，且治理难度比 PM2.5 更大，给生态环境部门和各级人民政府带来巨大压力。为了科学指 导各地科学开展环境空气臭氧污染来源解析工作。2017 年 1 月原环 境保护部科技标准司下达《环境空气臭氧污染来源解析技术指南》 （以下简称指南）编制工作任务。该任务由中国环境科学研究院牵 头，组织北京大学、中国科学院合肥物质科学研究院、暨南大学、 华北电力大学、北京市环境保护监测中心、北京林业大学等单位共 同承担技术指南编制工作。任务承担单位根据国内外环境空气臭氧 污染来源解析工作较为成熟的研究方法和实践成果，制订了本项技 术指南。 1.2 工作过程 2017 年 1 月，原环境保护部科技标准司下达本项工作任务。中 国环境科学研究院接到本项任务后，成立了指南编制组，启动指南 的编制工作。2017 年 3 月，在综合分析国内外有关臭氧污染成因分 析与来源解析的资料及研究成果的基础上，结合编制组多年的臭氧 污染来源解析实践经验，确定了本指南制定的技术路线和分工，并 在此基础上编写了指南初稿。随后科技标准司在北京召开了第一次 专家咨询讨论会。 针对专家意见，编制组进一步参阅了相关资料，对指南进行了 认真修改。2018 年 4 月，科技标准司在北京召开了第二次专家咨询
讨论会,会后编制组对指南进行进一步的完善。2018年5月,科技 标准司在北京召开了专家咨询论证会,专家一致认为指南文本目标 明确、技术路线可行、内容全面,能够满足环境空气臭氧污染来源 解析的技术需求,按照专家意见修改完善后可上报并征求意见。 2.技术指南制订的必要性分析 近二十年以来,随着城市化进程的不断加快,臭氧污染已经成 为困扰我国经济快速发展地区的主要环境问题之一,当前,我国近 地面臭氧污染问题日渐显现,是影响我国环境空气质量的重要空气 污染物。从全国污染水平来看,总体呈现逐年上升的趋势,且污染 范围呈现扩大趋势;总体的臭氧污染水平,从区域上看,高于目前 美国的污染水平。臭氧污染将成为我国今后中长期环境空气质量改 善的重要任务和挑战。 发达国家的臭氧污染控制经验表明,臭氧污染是空气质量管理 工作中最具挑战性的难题之一。臭氧污染防治困难主要源于三个方 面的因素:第一,臭氧的大气寿命较长,可以远距离传输,形成区 域性污染,控制臭氧污染必须厘清不同区域间的相互贡献,实行区 域联防联治;第二,臭氧的化学生成机制复杂,与前体物的关系呈 非线性,削减臭氧前体物排放需符合一定的科学比例且因地制宜, 不合理的减排反而可能导致局地臭氧污染的加重;第三,臭氧的VOCs 前体物来源复杂、种类繁多、活性差异大,精准控制难度大。因此」 为切实有效地进行环境空气臭氧污染防治,需要在科学方法的指导 下开展环境空气臭氧污染来源解析工作,准确定量城市-区域-全国 等不同空间尺度上的臭氧来源,制定合理有效的NOx和VOCs减排策
— 36 — 讨论会，会后编制组对指南进行进一步的完善。2018 年 5 月，科技 标准司在北京召开了专家咨询论证会，专家一致认为指南文本目标 明确、技术路线可行、内容全面，能够满足环境空气臭氧污染来源 解析的技术需求，按照专家意见修改完善后可上报并征求意见。 2. 技术指南制订的必要性分析 近二十年以来，随着城市化进程的不断加快，臭氧污染已经成 为困扰我国经济快速发展地区的主要环境问题之一，当前，我国近 地面臭氧污染问题日渐显现，是影响我国环境空气质量的重要空气 污染物。从全国污染水平来看，总体呈现逐年上升的趋势，且污染 范围呈现扩大趋势；总体的臭氧污染水平，从区域上看，高于目前 美国的污染水平。臭氧污染将成为我国今后中长期环境空气质量改 善的重要任务和挑战。 发达国家的臭氧污染控制经验表明，臭氧污染是空气质量管理 工作中最具挑战性的难题之一。臭氧污染防治困难主要源于三个方 面的因素：第一，臭氧的大气寿命较长，可以远距离传输，形成区 域性污染，控制臭氧污染必须厘清不同区域间的相互贡献，实行区 域联防联治；第二，臭氧的化学生成机制复杂，与前体物的关系呈 非线性，削减臭氧前体物排放需符合一定的科学比例且因地制宜， 不合理的减排反而可能导致局地臭氧污染的加重；第三，臭氧的 VOCs 前体物来源复杂、种类繁多、活性差异大，精准控制难度大。因此， 为切实有效地进行环境空气臭氧污染防治，需要在科学方法的指导 下开展环境空气臭氧污染来源解析工作，准确定量城市-区域-全国 等不同空间尺度上的臭氧来源，制定合理有效的 NOx 和 VOCs 减排策
略,明确控制重点,不断提高臭氧污染防治的科学性和精准性 环境空气臭氧污染来源解析工作是环境空气臭氧污染防治的基 础工作。指南提出了我国环境空气臭氧污染来源解析的工作目标和 技术路线,规定了开展环境空气臭氧污染来源解析的程序、方法与 技术要求,将为我国科学、有效地开展臭氧污染防治工作提供技术 支撑。 3.技术指南制订的目的、原则和工作思路 3.1制订目的 为贯彻落实《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》,推进 我国大气污染防治工作的进程,增强环境空气臭氧污染防治工作的 科学性、针对性和有效性,根据《中华人民共和国环境保护法》、《中 华人民共和国大气污染防治法》、《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)及其他相关法律、法规、标准、文件,编制《环境空气 臭氧污染来源解析技术指南(试行)》。 本指南是指导各地开展环境空气臭氧污染来源解析的技术指导 性文件,适用于环境空气质量管理部门、科研院所、咨询机构从事 城市及区域臭氧污染来源解析的工作人员参考。 3.2制订原则 既参考美国等发达国家的成熟技术方法,又考虑国内现有技术 条件和能力,确保臭氧污染来源解析技术要求的科学性、规范性和 可操作性 本技术指南与目前已经颁布的各有关国家标准、技术规范、监 测方案的规定基本一致,内容不出现矛盾。对目前国家和行业标准
— 37 — 略，明确控制重点，不断提高臭氧污染防治的科学性和精准性。 环境空气臭氧污染来源解析工作是环境空气臭氧污染防治的基 础工作。指南提出了我国环境空气臭氧污染来源解析的工作目标和 技术路线，规定了开展环境空气臭氧污染来源解析的程序、方法与 技术要求，将为我国科学、有效地开展臭氧污染防治工作提供技术 支撑。 3. 技术指南制订的目的、原则和工作思路 3.1 制订目的 为贯彻落实《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》，推进 我国大气污染防治工作的进程，增强环境空气臭氧污染防治工作的 科学性、针对性和有效性，根据《中华人民共和国环境保护法》、《中 华人民共和国大气污染防治法》、《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）及其他相关法律、法规、标准、文件，编制《环境空气 臭氧污染来源解析技术指南（试行）》。 本指南是指导各地开展环境空气臭氧污染来源解析的技术指导 性文件，适用于环境空气质量管理部门、科研院所、咨询机构从事 城市及区域臭氧污染来源解析的工作人员参考。 3.2 制订原则 既参考美国等发达国家的成熟技术方法，又考虑国内现有技术 条件和能力，确保臭氧污染来源解析技术要求的科学性、规范性和 可操作性。 本技术指南与目前已经颁布的各有关国家标准、技术规范、监 测方案的规定基本一致，内容不出现矛盾。对目前国家和行业标准
未涉及的内容,采用借鉴、借用和消化吸收的方式处理。 3.3工作思路 本技术指南的编制工作思路是,在开展对国内外臭氧污染成因 与来源解析技术方法进行调研的基础上,依据国内外相关标准、技 术规范、技术指南和监测方案,制定适合我国现阶段的环境空气臭 氧污染来源解析技术指南。 4.国内外环境空气臭氧污染来源解析工作进展 4.1环境空气臭氧污染成因研究进展 环境空气臭氧污染问题是当今大气科学界与大气环境管理领域 所共同面临的难点。关于环境空气臭氧污染成因研究主要集中在臭 氧污染形成机理及其关键影响因子(包括气象条件和其前体物)识 别等方面。 近地面臭氧产生的机理研究始于20世纪40年代,在1962年 Junge提出了对流层臭氧来源的经典理论,认为平流层中的臭氧受波 长小于240mm紫外线的辐射分解产生氧原子,氧原子和氧分子结合 产生臭氧,平流层产生的臭氧下传到对流层成为对流层臭氧的源; 而臭氧在地面沉降成为对流层臭氧的汇,从而保持对流层臭氧的平 衡。20世纪70年代,Levy, Crutzen, Chamedies和 Fishman等人 提出了大气光化学反应是对流层臭氧产生的另一个重要来源。1971 年Lewy率先提出了对流层OH和HO2自由基产生机理的假说;1974 年 Crutzen在该假说的基础上做了进一步研究,结果表明清洁大气 中光化学反应影响臭氧的产生和分布;随后 Crutzen和 Chameides 又研究了CH在NOx作用下的催化氧化反应机理; Fishman等提出了
— 38 — 未涉及的内容，采用借鉴、借用和消化吸收的方式处理。 3.3 工作思路 本技术指南的编制工作思路是，在开展对国内外臭氧污染成因 与来源解析技术方法进行调研的基础上，依据国内外相关标准、技 术规范、技术指南和监测方案，制定适合我国现阶段的环境空气臭 氧污染来源解析技术指南。 4. 国内外环境空气臭氧污染来源解析工作进展 4.1 环境空气臭氧污染成因研究进展 环境空气臭氧污染问题是当今大气科学界与大气环境管理领域 所共同面临的难点。关于环境空气臭氧污染成因研究主要集中在臭 氧污染形成机理及其关键影响因子（包括气象条件和其前体物）识 别等方面。 近地面臭氧产生的机理研究始于 20 世纪 40 年代，在 1962 年 Junge 提出了对流层臭氧来源的经典理论，认为平流层中的臭氧受波 长小于 240 nm 紫外线的辐射分解产生氧原子，氧原子和氧分子结合 产生臭氧，平流层产生的臭氧下传到对流层成为对流层臭氧的源； 而臭氧在地面沉降成为对流层臭氧的汇，从而保持对流层臭氧的平 衡。20 世纪 70 年代，Levy，Crutzen，Chamedies 和 Fishman 等人 提出了大气光化学反应是对流层臭氧产生的另一个重要来源。1971 年 Levy 率先提出了对流层 OH 和 HO2自由基产生机理的假说；1974 年 Crutzen 在该假说的基础上做了进一步研究，结果表明清洁大气 中光化学反应影响臭氧的产生和分布；随后 Crutzen 和 Chameides 又研究了 CH4在 NOx 作用下的催化氧化反应机理；Fishman 等提出了
包括C0在内的氧化反应过程。 臭氧污染成因的研究表明,近地面臭氧并不是一次排放的产物 而是由其前体物在紫外辐射的作用发生光化学反应而产生的,因此, 国际上臭氧的来源解析均以其前体物的解析入手。早在20世纪90 年代,美国就开展了针对臭氧前体物ⅤOCs的来源解析,1996年 MUKUND等利用CMB模型对美国哥伦布市的VOCs源进行了研究,结果 发现其主要来源是汽车尾气和有机溶剂的使用。 4.2国际臭氧污染来源解析工作进展 欧美等国家对于臭氧污染的研究开展较早,已建立较成熟的反 映臭氧污染生成、扩散的空气质量模型。目前,美国、欧洲与亚洲 等许多国家和地区有关大气污染物的形成、转化和传输、大气物种 沉降等来源解析工作一般使用美国环保署开发的大气污染物来源解 析的空气质量模型,该模型的开发以美国环保署为主导。自从1998 年第三代空气质量模型发布并对其进行了全方面的验证之后,CMAQ 等空气质量模型在美国、欧洲与亚洲等许多国家和地区的颗粒物、 臭氧等大气污染物的形成、转化和传输、大气物种沉降等方面得到 了广泛应用并获得较好的模拟结果。 建立完善的臭氧前体物排放清单是进行臭氧污染控制和管理的 基础,以美国为例,发布了国家和区域层面关于臭氧前体物排放清 单的编制指南( Emissions Inventory Guidance for Implementation of Ozone and Particulate Matter National Ambient Air Quality Standards (NAAQS)and Regional Haze Regulations, 2005 ). y 年的应用情况证明,在美国、加拿大等污染源排放清单较准确的国 39
— 39 — 包括 CO 在内的氧化反应过程。 臭氧污染成因的研究表明，近地面臭氧并不是一次排放的产物， 而是由其前体物在紫外辐射的作用发生光化学反应而产生的，因此， 国际上臭氧的来源解析均以其前体物的解析入手。早在 20 世纪 90 年代，美国就开展了针对臭氧前体物 VOCs 的来源解析，1996 年 MUKUND 等利用 CMB 模型对美国哥伦布市的 VOCs 源进行了研究，结果 发现其主要来源是汽车尾气和有机溶剂的使用。 4.2 国际臭氧污染来源解析工作进展 欧美等国家对于臭氧污染的研究开展较早,已建立较成熟的反 映臭氧污染生成、扩散的空气质量模型。目前，美国、欧洲与亚洲 等许多国家和地区有关大气污染物的形成、转化和传输、大气物种 沉降等来源解析工作一般使用美国环保署开发的大气污染物来源解 析的空气质量模型，该模型的开发以美国环保署为主导。自从 1998 年第三代空气质量模型发布并对其进行了全方面的验证之后，CMAQ 等空气质量模型在美国、欧洲与亚洲等许多国家和地区的颗粒物、 臭氧等大气污染物的形成、转化和传输、大气物种沉降等方面得到 了广泛应用并获得较好的模拟结果。 建立完善的臭氧前体物排放清单是进行臭氧污染控制和管理的 基础，以美国为例，发布了国家和区域层面关于臭氧前体物排放清 单的编制指南（Emissions Inventory Guidance for Implementation of Ozone and Particulate Matter National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) and Regional Haze Regulations，2005）。多 年的应用情况证明，在美国、加拿大等污染源排放清单较准确的国
