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空氣中的VOCs和氮氧化物等氣體在的紫外光照射和高溫條件下，會發生快速的光化學鍊式反應，産生包括臭氧和過氧乙酰硝酸酯等具有刺激性和毒性的氧化劑、醛酮類含氧有機物以及細顆粒物。在一些污染的城市、工業區及鄉村地區，由于VOCs及氮氧化物濃度均較高，在陽光充足的溫暖季節，近地面臭氧濃度會在太陽升起後快速升高，在不利的情況下，午後臭氧濃度可能不同程度地超出空氣質量标準限值。生成的臭氧濃度高低取決于VOCs和氮氧化物濃度及兩者的比值，但在多數污染區域，由于氮氧化物比較充足，VOCs濃度越高臭氧達到的濃度也越高。

在VOCs濃度不太高的地區，地面臭氧濃度也能達到一定的水平。這是因為，污染氣團的水平輸送可以将臭氧帶到清潔地區。另外，對流層的臭氧還具有天然來源，也就是平流層臭氧的向下輸送，在由一些下沉氣流驅動下，向地表輸送。根據VOCs等污染物的排放以及輸送過程的變化，近地面臭氧濃度會呈現出一定的季節性變化特征。由于VOCs等人為污染物排放的增加，近一個多世紀以來近地面臭氧濃度在許多地區呈上升趨勢。