盆地和高原地区二次气溶胶的来源及大气转化过程

来源 :中国科学院大学(中国科学院地球环境研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:markwolf
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近年来的研究表明了二次气溶胶在大气气溶胶污染和灰霾事件中的重要性。二次气溶胶因其来源、生成途径和生成机制的复杂性,在已有的研究中表现出较大的地域性差异。然而,关于高原地区和盆地地区的二次气溶胶的研究依然较少。因此,本论文研究了盆地内二次气溶胶的来源、生成途径、长距离区域传输和大范围减排对二次气溶胶生成的影响,以及高原地区与盆地地区二次气溶胶来源、差异和二次气溶胶的气-粒转化过程。研究具有独特性和创新性,揭示了不同环境和不同条件下二次气溶胶的形成机制。在关中盆地城市西安的观测结果发现生物质燃烧有机气溶胶和二次生成的含氧有机气溶胶分别是西安秋季和冬季主要的有机气溶胶来源,二者的贡献超过总有机气溶胶的50%。在污染期,含氧有机气溶胶的浓度大幅增加,与清洁期相比,秋季增加了约4倍,冬季增加了约6倍,揭示了西安市区重污染中二次生成的重要性。在秋冬两个季节,当气溶胶液态水含量小于30μg m-3时,含氧有机气溶胶的生成可能由光化学氧化主导;当奇氧小于35 ppb时,含氧有机气溶胶的生成可能由液相化学过程主导。此外,与中国其他地区非难熔性PM1中的有机气溶胶来源结果相比,生物质燃烧有机气溶胶(17-19%)和煤炭燃烧排放有机气溶胶(10-20%)分别是关中盆地和京津冀平原的主要有机污染物来源,而二次生成的含氧有机气溶胶(10-34%)是我国大部分重点研究地区的主要有机污染物来源。通过对区域尺度长距离传输的研究结果发现二次无机气溶胶和高氧化性二次有机气溶胶的占比在传输后大幅增长。传输后的硫氧化率(0.49-0.58)、氮氧化率(0.25-0.29)、f44/f43比值(1.6-2.1)和氧碳比值(0.72-0.87)显著高于本地观测结果,揭示了长距离传输大幅增加了硫酸盐、硝酸盐的生成效率和有机气溶胶的老化程度。京津冀传输的硫酸盐生成率(0.25 hr-1对0.1 hr-1)、硝酸盐生成率(0.17 hr-1对0.03 hr-1)和高氧化性二次有机气溶胶生成率(0.14 hr-1对0.06 hr-1)远高于关中盆地内城市传输的结果,说明来自京津冀平原的传输比来自关中盆地内的传输具有更强的硫酸盐、硝酸盐和高氧化性二次有机气溶胶的生成能力。在减排期间,光化学氧化生成的含氧有机气溶胶从封城减排前占总有机气溶胶的24%(3.2±1.6μg m-3)增加到封城减排后的54%(4.5±1.3μg m-3),可能由于封城减排期间氮氧化物的排放大幅减少,导致臭氧浓度的增加,从而大幅提高了大气氧化能力。相比之下,随着气溶胶液态水含量增加,液相化学生成的二次有机气溶胶在封城减排前和封城减排后的质量浓度和在总有机气溶胶中的占比均有升高。高气溶胶液态水含量条件下增加的液相化学氧化生成的二次有机气溶胶可能是封城减排期间污染事件发生的重要原因。与盆地结果相比,在青藏高原进行的观测的结果发现高原地区硫酸盐的占比(占总非难熔性PM2.5的22.5%)显著高于硝酸盐(3.4%)。从低污染期到高污染期,二次气溶胶的占比在盆地与高原呈现出不同的变化趋势,说明两种地形存在不同的污染事件形成过程。高分辨率挥发性有机物的观测结果表明在高原地区共有12种挥发性有机物来源。气?粒结合的来源因子解析发现丙酮和乙酸相关来源、夜间相关的丙酮和乙酸来源、单萜来源、异戊二烯及其氧化产物来源和人为排放来源是低氧化性二次有机气溶胶的主要气态有机前体物来源,分别占低氧化性二次有机气溶胶的77%、10%、8%、4%和1%;而在高氧化性二次有机气溶胶中,丙酮和乙酸相关来源和夜间相关的丙酮和乙酸来源分别是主要的气态有机前体物来源,占高氧化性二次有机气溶胶的86%和14%。这一结果揭示了高原地区二次有机气溶胶的气?粒大气转化过程。
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