一、为什么盯上这条谷地？

新疆天山北麓的奎屯—独山子—乌苏地区（奎独乌地区）是第二亚欧大陆桥重要节点和丝绸之路经济带枢纽，是新疆天山北坡经济带核心区，被誉为新疆经济“金三角”。2012年《新疆城镇体系规划》将其定位为绿洲中心城市，其环境质量关系到绿洲城市的可持续发展。

臭氧污染是我国当前和今后几十年面临的重要环境问题，排放、地形和气候特征是造成臭氧污染的综合因素。打开中国臭氧污染地图，研究者的目光通常先落在京津冀、长三角、珠三角这些东部城市群平原地区。西部干旱区 + 石化集群 + 封闭地形三者叠加会怎样，长期以来几乎是一片空白。

奎独乌地区，恰好把这三重条件集齐了：谷地沿奎屯河展开，长约 30 公里、宽 15–20 公里，南靠天山、北接古尔班通古特沙漠；独山子是新疆最大的石化基地，装置区与城区几乎贴在一起。臭氧污染开始显现：2024 年该区域臭氧日最大 8 小时第 90 百分位已达 126 μg m⁻³，同比仍上升 0.8%。

图 1｜奎屯—独山子—乌苏地区地形地貌与五个观测站点（S1–S5）分布

当前需回答三个问题：石化集群有没有独特的氧化特征？封闭谷地与工业排放的耦合会不会催生特殊的自由基循环？臭氧对其前体物的敏感性究竟落在哪个方向？

二、怎么做的？

在 KDU 布设 5 个站点（奎屯市政府、奎屯六中、奎屯环保局、独山子三中、乌苏环保局），在线连续观测大气挥发性有机物(VOCs)——独山子测 108 种、奎屯与乌苏测 116 种，检出限低至 0.0015–0.241 ppbv；同步获取 O₃、NO₂、SO₂、CO 与气象要素。

观测数据随后用F0AM v4.1 + MCM v3.3.1 零维箱模型（IOA 0.87–0.91，稀释系数做了 ±50% 扰动检验），并进一步开展 EKMA 等值线、相对增量反应性（RIR）、HONO 三情景（基准 2% HONO/NOx、上限、下限）、干湿敏感性与 OVOC 开关等一系列试验。

三、四个值得记住的发现

发现 1：氧化能力“不算高”，但日变化极其规整

区域平均 O₃ 为 85.2 ± 28.2 μg m⁻³、NO₂ 为 14.2 ± 9.4 μg m⁻³。三地呈明显梯度：独山子 98.2 > 乌苏 88.9 > 奎屯 77.0 μg m⁻³，独山子还捕捉到一次完整臭氧污染过程。

大气氧化能力（AOC）呈标准单峰型，正午达峰 2.4×10⁷–2.9×10⁷ molecules cm⁻³ s⁻¹。这一量级明显低于北京（约 6.0×10⁷）和厦门（1.3×10⁸），与乌鲁木齐冬季相当——干旱区强辐射并没有把氧化能力推高，反而被前体物水平“卡”住了。

图 2｜三地 AOC 日变化及 OH、O₃、NO₃ 的相对贡献

OH 全天贡献 75%–87%，白天高达 89%–98%；入夜后 NO₃ 接管 42%–57%（受 N₂O₅ 摄取系数不确定性与缺测限制，该项属暂定模拟推断）。

发现 2：HO₂ + NO 是整台机器的“主轴”

臭氧生成并不靠某条捷径。白天总生成速率 G(O₃) 为 5.2/5.7/5.0 ppbv h⁻¹，净生成 P(O₃) 为 4.3/4.4/3.8 ppbv h⁻¹，而消耗 D(O₃) 仅 0.9–1.2 ppbv h⁻¹。

拆开看，HO₂ + NO 贡献了约6成的臭氧生成，RO₂ + NO 补上 34%–38%；OH 再生同样由 HO₂ + NO 主导（78%–82%）。而 OH + NO₂ 则是最大的臭氧汇。

图 3｜三地总臭氧生成速率、净生成速率与臭氧消耗速率日变化

一句话概括：切断 HO₂ 循环，就等于掐住了这台机器的传动轴。

发现 3：同一条 30 公里谷地，两种截然不同的化学体质

三地相隔不过数十公里，VOCs 反应性却差了 2.5 倍：区域平均 kOH 为 7.7 s⁻¹，奎屯高达 12.8 s⁻¹，独山子、乌苏只有 5.2 和 5.0 s⁻¹。

组分主导者也各不相同：奎屯的 TVOC 达 29.0 ppbv，远高于独山子 13.1、乌苏 10.9；奎屯与独山子的反应性由烯烃主导（13%/28%），乌苏则由 OVOCs 主导（18%）。

图 4｜KDU 地区不同反应物对 OH 消耗速率常数 kOH 的平均贡献

更关键的是敏感性分化：奎屯、乌苏的NOx 的 RIR 分别为 −0.66~−0.19 和 −0.97~−0.43，稳定的 VOCs 控制区；独山子的RIR 仅 −0.04，HONO 情景变化后甚至翻正到 +0.07，正卡在过渡阈值上。

也就是说，一条 30 公里的盆地内，同时并存 VOCs 控制区与过渡区。等比例“一刀切”削减必然失效。

图 5｜三种 HONO 情景下三站点的 O₃ 变化 EKMA 等值线；橙点为基准情景

发现 4：HONO 是被低估的“点火器”，干旱气候参与了调控

HONO 光解是奎屯、乌苏 OH 的第二大来源，在独山子甚至超过 O₃ + VOC 光解。当 HONO 输入从下限情景（C）抬升至上限情景（B），峰值 OH 生成速率提升 73%（5.5 → 9.5 ppbv h⁻¹）——敏感性之高，说明这一项参数必须在本地实测，而不能沿用湿润地区的经验值。

图 6｜不同 HONO 输入情景下三站点臭氧前体物的相对增量反应性

四、对治理意味着什么？

1. 奎屯、乌苏优先走 VOCs 路线，推荐 VOCs:NOx 削减比约 3:1；独山子因处于过渡区，削减比例不宜贸然确定，前提是补齐 HONO 实测。

2. 削减高反应性组分优于等比例削减。三地 OFP 结论一致：乌苏 OVOCs 占 55.8%，应优先；奎屯、独山子则应盯住烯烃（RIR 分别为 0.48 和 0.59）。

3. 区域成因可归纳为“三重耦合指纹”：石化烯烃排放 → 干旱气候调控 HONO 起始 → 封闭谷地污染物滞留。与 Uintah 盆地、阿拉伯半岛的对比进一步表明，排放组成是主导因素、干旱气候起次级调节作用。

五、写在最后

这项工作把西北干旱工业谷地这块“观测与模拟的双重盲区”往前推了一步：氧化能力不高，但循环效率很集中；空间尺度很小，但化学体质分化很大。对治理而言，这既是难点，也是精准施策的切口。

文献信息

第一作者：刘盈盈（中央民族大学生命与环境科学学院 / 中国环境科学研究院）

通讯作者：林伟立（中央民族大学生命与环境科学学院，linwl@muc.edu.cn）

攥稿：刘盈盈；审核：林伟立，郭泺，李华