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臭氧(ozone, O3)在大气中是一种痕量气体,90%分布在10~50 km的平流层中,仅有10%分布在对流层内[1]。O3作为主要的大气污染物之一,在大气化学、气候变化和空气质量等方面都起着极为重要的作用[2-3]。对流层中O3主要来源于氮氧化合物(NOX)、挥发性有机物(VOCS)和一氧化碳(CO)等前体物在太阳紫外光下发生一系列复杂的光化学反应生成[4-5],少部分则通过扩散和湍流方式由平流层输送下来[6]。对流层O3浓度的上升,会严重危害人体健康,包括刺激人体呼吸系统,破坏免疫系统,引发炎症和呼吸系统疾病等[7-8]。此外,高浓度O3还会对生态环境和农业生产等产生较大不利影响[9-10]。近年来对流层O3浓度的增加已经引起广泛的关注,同时O3污染的相关研究也成为大气环境领域的热点和难点之一[11-12]。
国外早在20世纪60年代就城市O3污染的化学机理问题开展了相关研究[13],而我国由于产能结构、气候特点和污染类型不同,早期的大气污染研究和相关防控工作主要集中在颗粒物污染。随着近年来近地面O3浓度的增加,O3已经成为我国继细颗粒物(PM2.5)之后第二大污染物,甚至在华东和华南等地,O3已经取代PM2.5,成为最主要的大气污染物[14-15]。O3污染的来源分析和防治工作引起了专家学者的重视,并开展了一系列O3污染的研究工作[16-17]。目前开展的O3污染研究主要有O3形成机制[13, 18]、污染特征[19]和来源[20-21]、影响因素[22]及监测预报[23]等方面,而且主要集中在京津冀、长三角、珠三角、四川盆地等高污染地区,污染相对较轻的区域O3污染研究较为滞后。海南岛一直以生态自然环境良好著称。根据海南省生态环境厅的统计结果[24],2019年海南岛空气质量优良天数较2018年上升1.5个百分点,PM2.5和可吸入颗粒物(PM10)浓度持续下降,但是海南岛O3浓度维持较高水平,与2018年相比,O3浓度更是上升了11 μg·m−3。海南岛近年来还发生过多次以O3为主要污染物的大气污染事件[25]。因此,笔者梳理和总结2015—2020年针对海南岛O3污染的研究结果,结合目前O3污染形成机理的研究成果来探讨气候变化对海南岛O3浓度的影响,以期为控制O3污染阀值提供理论指导。
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