基于可解释性机器学习的滨海城市臭氧驱动因素

来源：环境科学杂志2025年第1期北京时间：

作者：王超龙,薛莲,张宜升,覃笑飞,方渊,陶文鑫,杜金花,张苏凡,王冠,顾达萨,崔杉杉

单位：青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,山东省青岛生态环境监测中心, 青岛 266003,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,山东省青岛生态环境监测中心, 青岛 266003,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525,青岛市生态环境局市南分局, 青岛 266003,香港科技大学环境与可持续发展学部, 香港 999077,青岛理工大学环境与市政工程学院, 青岛 266525

摘要：选取青岛16个环境空气监测点位（含8个国控点、7个省控点和1个背景点）大气污染物及相邻近气象点位数据,耦合极端梯度提升（XGBoost）模型,使用可解释性SHAP模块,探讨气象要素和大气污染物排放对臭氧（O₃）的影响.结果表明,2019~2023年,气象因素对O₃生成贡献率达67.7%,大气污染物排放对O₃生成贡献率为32.3%.地表太阳辐射在10：00~17：00对O₃生成贡献最大.相对湿度低于70%时有利于O₃生成,特别是在12：00~16：00,相对湿度对O₃生成有正向贡献,相对湿度高于70%对O₃生成负贡献概率为94%.边界层高度低于500 m时,对O₃浓度有正向影响,超过该高度其影响将减弱,且早晨和午后时段,边界层高度对O₃生成有正向作用.东风（E）到西南风（SW）对O₃浓度有正向影响.NO₂在06：00~11：00呈负响应,在12：00~15：00呈正响应.PM_2.5在07：00~14：00对O₃浓度有正向作用,在15：00~18：00则有抑制影响.O₃浓度的主导因素在不同站点和季节间存在显著差异,其中崂山区西部、仰口、市南区西部、西海岸新区东部和西海岸新区西部点位地表面太阳辐射对O₃影响明显低于其它各点位,崂山区西部、市南区西部、西海岸新区东部点位NO₂的影响最大,西海岸新区东部、崂山区西部和仰口点位PM_2.5对O₃生成的影响显著高于青岛市其它点位.春季崂山区西部和市南区西部NO₂的影响更为显著；夏季仰口、西海岸新区东部和西部、崂山区西部和市北区北部点位地表面太阳辐射影响更为显著,其余点位影响O₃的关键因子为相对湿度；秋季温度和地表面太阳辐射是影响O₃的主要因素；冬季NO₂贡献高于其他季节,主要受高强度人为源排放的影响；O₃超标日分析结果表明,地表面太阳辐射和NO₂为主要驱动因素；各站点PM_2.5和PM₁₀对O₃超标日总SHAP值在6.1~12.4 μg·m-3.

关键词：臭氧（O3）,机器学习,驱动因素,SHAP模块,青岛,