在杭州亚运会期间，不同人群对氧气（O?）浓度的反应及其背后的机制各不相同

《Journal of Environmental Sciences》：The different responses and their underlying mechanisms of the O 3 concentrations during the Hangzhou Asian Games

本研究基于WRF-CMAQ模型分析2023年杭州亚运会期间气象、排放控制及大气过程对臭氧（O?）的影响，评估发现模型对O?和关键气象参数的模拟误差在可接受范围内（NMB为-10.9%至-3.7%，MB为0.7-1.8°C，R>0.85）。研究揭示2023年同期O?均值较2022年下降18.4-25.8 μg/m3，但仍存在超标现象。气象条件（高温高湿、静稳少风）显著增强了光化学反应，导致日间O?波动增大。情景实验表明区域协同减排虽对平均O?影响有限（-0.6至+0.8 μg/m3），但能有效降低峰值浓度（3.1-6.3 μg/m3），优于局部减排措施。溯源分析显示 Hangzhou本地前体物贡献占比约70.8%，9月27日过程分析表明近地层光化学反应主导日变化，垂直传输/混合主导峰值形成。研究结果强调重大活动期间O?管控需结合气象条件、区域协同及前体物平衡策略。

　　

姚宁宁|窦学丹|刘彦飞|陈朗|宋哲|奚欢|岑正南|李健|顾振宇|李鹏飞|余少才

中国浙江省工商大学统计与数据科学学院统计数据工程技术与应用协同创新中心，共同繁荣统计监测与智能治理实验室，杭州310018

摘要

本研究利用Weather Research and Forecasting–Community Multiscale Air Quality模型，分析了2023年杭州亚运会期间气象条件、排放控制措施以及大气过程对臭氧（O₃）的相对影响。我们量化了这四个主办城市（杭州、绍兴、金华和温州）的气象因素和排放对臭氧的影响。该模型能够以可接受的精度再现每小时臭氧浓度（O₃）和关键气象变量：臭氧浓度的平均偏差（NMB）为?10.9%至?3.7%，温度的均方误差（MB）为0.7–1.8°C（R > 0.85），风速的均方误差（MB）为1.5–2.7 m/s。观测数据显示，比赛期间的日均8小时臭氧浓度平均值相比2022年同期下降了18.4–25.8 μg/m³，尽管仍存在超标现象。2023年温暖且湿度明显更高的气候条件显著影响了臭氧浓度的日变化及其超标风险。情景实验表明，协调的区域性排放控制措施对城市平均臭氧浓度有轻微影响（?0.6至0.8 μg/m³），但能有效降低臭氧峰值3.1–6.3 μg/m³，其效果优于仅在本地采取的控制措施（后者有时会导致邻近省份的臭氧浓度反弹）。源解析结果显示，在基准情景下，杭州约70.8%的臭氧来源于省内前体物质（在控制情景下这一比例为56.7%）。9月27日的过程分析表明，近地面光化学反应主导了臭氧浓度的日变化，而净垂直输送/混合是导致近地面臭氧峰值的主要过程。这些结果强调，针对重大活动的短期臭氧管理必须根据具体情况、考虑气象因素，并进行区域协调，以最大程度地减少臭氧峰值并避免不必要的浓度上升。

引言

地表臭氧（O₃）是一种重要的二次空气污染物，对中国空气质量及公众健康构成了日益严重的威胁，尤其是在人口密集和工业化程度较高的地区，如长江三角洲（Chen等人，2025；Fang等人，2024；Li等人，2019；Liang等人，2024；Lu等人，2022）。与一次污染物不同，O₃的形成过程高度非线性，受挥发性有机化合物（VOCs）和氮氧化物（NO_x）参与的复杂光化学反应驱动，并受到温度、太阳辐射和边界层动力学等气象条件的强烈影响（Cao等人，2024；Lu等人，2020；Zheng等人，2023）。尽管由于严格的排放控制，中国许多城市的PM_2.5浓度在过去十年显著下降，但地表臭氧水平却持续上升，这反映了化学机制的变化以及前体物质不平衡带来的意外后果（Li等人，2019；Sun等人，2025；Wang等人，2025）。

为了减轻重大国际活动期间的短期污染风险，中国政府通常会采取临时但强度大的排放控制措施（Feng等人，2024；Lin，2024；Tan和Wang，2022；Zhang等人，2022a）。这些大规模干预为研究人为排放、区域传输和气象条件在空气污染物行为中的作用提供了宝贵机会（Kong等人，2024；Wang等人，2022；Wen等人，2024）。对2008年北京奥运会、2016年杭州G20峰会和2019年武汉世界军人运动会的研究表明，虽然这些措施显著降低了PM_2.5浓度，但地表臭氧浓度的变化更为复杂且依赖于具体情境（Wang等人，2009）。例如，在2014年亚太经合组织（APEC）峰会的“蓝天行动”期间，北京PM_2.5浓度下降了约57%（Liu等人，2016），但在某些气象条件下臭氧浓度并未相应下降甚至有所上升（Wang等人，2015）。同样，2022年北京冬奥会的观测结果也表明，即使在冬季和春季，也需要在气象条件稳定的情况下，通过地方和上游地区的协调排放控制来有效抑制臭氧生成（Yang等人，2024）。这些经验表明，臭氧浓度的变化对气象条件、区域间传输以及所针对的前体物质组合非常敏感。

第19届亚洲运动会（2023年9月18日至10月18日）期间，六个省份（上海、浙江、江苏、安徽、江西和福建）实施了同步的减排措施，包括临时交通限制、工业生产削减等短期干预措施。尽管协调规模空前，但四个主办城市（杭州、绍兴、金华和温州）在控制期间仍出现了臭氧超标现象。一项关于亚运会的观测研究表明，赛事期间平均每小时地表臭氧浓度增加了约14.4%，同时PM_2.5和NO₂浓度有所下降（Huang等人，2024）。这凸显了在现有气象和光化学条件下，短期臭氧控制措施的有效性存在关键不确定性。

受这些挑战的启发，本研究将2023年亚运会的排放控制视为一个基于事件的自然实验，以探究气象条件、排放和大气过程对地表臭氧的相对影响。我们采用了Weather Research and Forecasting–Community Multiscale Air Quality（WRF–CMAQ）建模系统（Yu等人，2014），并结合了综合源解析方法（ISAM）、混合单颗粒拉格朗日积分轨迹（HYSPLIT）模型及其浓度加权轨迹（CWT）分析以及综合过程速率（IPR）分析。具体而言，本研究探讨了三个关键问题：（i）2023年9月至10月异常的温度、湿度、气压和风况如何影响臭氧的扩散和光化学过程？（ii）协调的区域性减排与仅在当地采取的减排措施对不同情况下的平均臭氧浓度和峰值有何影响？（iii）哪些过程路径（如化学反应、沉积、水平或垂直传输）和源区域主导了臭氧超标现象，这些发现对制定重大国际活动期间的空气质量管理策略有何启示？

模型配置和排放清单

WRF–CMAQ建模系统被用于研究2023年杭州亚运会期间气象条件和排放控制措施对地表臭氧的影响，配置依据Yu等人（2014）的描述。气象场模拟使用了WRF 3.7版本，包括Asymmetric Convective Model 2（ACM2）行星边界层方案（Pleim，2007）、Pleim–Xiu（PX）陆面方案以及Morrison双矩云模型

WRF-CMAQ模型性能评估

WRF–CMAQ模型的性能在控制期间（2023年9月18日至10月18日）进行了评估。模型性能通过标准统计指标进行评估，包括平均偏差（MB）、总误差（GE）、平均误差（ME）、均方根误差（RMSE）、归一化平均偏差（NMB）、归一化平均误差（NME）和相关系数（R）（Yu等人，2006）。模型评估遵循了广泛接受的O₃性能标准，即|NMB| ≤ 15%，NME ≤ 25%，R ≥

结论

在2023年亚运会控制期间，四个主办城市的观测平均MDA8臭氧浓度相比2022年下降了18.4–25.8 μg/m³，但仍有多个地点出现臭氧超标现象。气象诊断显示，该时期天气异常晴朗、温暖且空气停滞，风速较弱，湿度改变，这些因素增强了光化学反应并阻碍了臭氧的扩散，导致某些日子里臭氧浓度升高。情景实验表明，区域性的协调排放控制措施

作者贡献声明

姚宁宁：方法论研究、初稿撰写、正式分析。窦学丹：方法论研究、建模、初稿撰写。刘彦飞：数据调查与整理。陈朗：方法论研究、数据整理、调查。宋哲：验证工作、数据整理。奚欢：数据调查与整理。岑正南：数据调查与整理。李健：数据整理。顾振宇：数据整理、软件开发。李鹏飞：概念构思、撰写、审稿与编辑。余少才：资金筹集、项目协调

未引用参考文献

Yao等人，2025

CRediT作者贡献声明

姚宁宁：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、调查研究、正式分析、数据整理。窦学丹：撰写、初稿撰写、正式分析。刘彦飞：正式分析。陈朗：正式分析。宋哲：正式分析。奚欢：正式分析。岑正南：正式分析。李健：正式分析。顾振宇：数据整理、资源协调。李鹏飞：正式分析。余少才：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资金协调

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了浙江省“领头雁”研发计划（2025C02231）和中国国家自然科学基金（72361137007）的支持。L.C.还获得了中国博士后科学基金（2025M771205）和中国博士后科学基金会博士后奖学金计划（GZC20250816）的资助。此外，本研究还得到了浙江省重点学科建设（浙江工商大学-统计学）和中国国家自然科学基金的支持。