高浓度的臭氧一直是各国城市和工业区的主要空气质量问题.随着中国化石燃料消费在过去30年中的迅速增长, 形成臭氧的化学前体物排放在急剧增加, 超过了北美和欧洲的水平, 臭氧已经成为对空气质量影响很大的污染物种(Wang et al., 2016).已有的研究(Lu et al., 2010)认识到, 近地面高浓度的臭氧主要是通过前体物在光照条件下发生光化学反应产生的, 包括人为和生物排放的NOx(NO+NO2)和VOCs(volatile organic compounds), 但光化学臭氧的产生速率和前体物又是非线性的关系, 因此形成原因较为复杂.中国较早开始臭氧污染研究的三大区域为京津冀、珠三角和长三角地区, Xu等(2007)利用卫星资料分析了长三角地区的对流层臭氧, 发现对流层臭氧浓度持续上升, 珠三角地区, NO2水平较高, VOCs的区域平均浓度夏季为290×10-9, 同时Shao等(2009)认为当地的排放和污染物的长距离输送在VOCs的区域分布中起着重要作用, 大气环境中臭氧的产生在其城市地区和城市的下风向地区都有十分重要的影响, 王占山等(2014)研究发现北京市近年来随着人口的增长以及机动车保有量的增加, 臭氧污染的问题愈发严重.2013—2014年京津冀的O3污染水平远高于全国平均水平, 成为全国O3污染最严重的区域之一, 且有加重趋势(潘本锋等, 2016).北京市的臭氧污染是十几年来影响北京夏季空气质量的重要因素(http://www.bjpc.gov.cn/fzgh_1/guihua/12_5/12_5_zx/12_5_yb/125_yb_csjs/201108/P020111022163751886227.doc).Wang等(2006)在2005年6月和7月对北京市中心以北50 km的农村地区进行了6周的实地测量, 并经常观测到小时O3接近200×10-9, 最高值为286×10-9, 是标准浓度的2.8倍左右.即使在北京奥运会排放控制的前两周内, 北京城区的小时臭氧混合比率也在160×10-9~180×10-9范围内(Wang et al., 2010).Zhang等(2014)表明在北京地区2005—2011年期间, 尽管NOx和VOCs在同一时期呈下降趋势, 但在夏季期间臭氧仍以每年(2.6±0.9)×10-9的速度增加.且大气臭氧柱增加集中在0~3 km高度上, 主要是光化学反应造成(Wang et al., 2012).王雪松等(2009)研究表明夏季北京一般受偏南风控制, 城近郊区的高浓度臭氧主要来自本地源排放前体物的贡献, 大约占了46%, 而位于下风向的定陵则受城市输送的影响, 城近郊区的贡献可达55%, 其次北京市南部区县、天津市、河北省的排放均对北京市城近郊区的高浓度臭氧有重要贡献.Streets等(2007)认为在重污染事件中区域外输送可达35%~65%.王雪松等(2003)研究发现北京市城近郊区的各类源排放中, 流动源对臭氧生成贡献最大.量化来看, 移动源占了31.6%, 工业源占了20%, 点源占了13%, 生物源占了12%(Wang et al., 2009).

尽管自然源的排放总占比不大, 但在夏季BVOCs(Biogenic volatile organic compounds)的排放量远高于其他季节, 对夏季臭氧的模拟有很重要的作用, 但关于生物源对臭氧浓度贡献的研究多是针对我国南方地区, 对北京地区的相关研究还较少.屈玉等(2009)模拟认为北方地区BVOCs与NOx作用对臭氧的贡献峰值出现在夏季, Mo等(2018)研究表明在6月生物所排放的异戊二烯占总VOC排放的臭氧形成潜力的27.0%, 说明BVOCs对臭氧生成具有很重要的贡献.分析北京及周边地区BVOCs对臭氧生成的影响, 一方面能有效改善模式中对臭氧模拟低估的问题, 提升模拟效果, 另一方面有助于更加准确地分析该区域臭氧的来源, 为臭氧治理提供理论基础.

同时, 对2013—2017年的臭氧趋势进行简要分析后发现, 北京地区各个站点观测到臭氧浓度逐年增加, 夏季臭氧污染事件频发, 同时还发现臭氧峰值浓度出现的月份是逐年提前的, 2013年最大值出现在8月, 2014和2015年在7月, 2016和2017年出现在6月.因此,