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近年来在气溶胶的有机碳组分(organic carbon,OC)中发现一类具有与棕碳相似光吸收特征以及光化学反应特性的物质,即为棕色碳(brown carbon,BrC),其在紫外波段至可见波段的吸光强度呈现出指数衰减的趋势,一部分的BrC不仅通过光吸收影响全球气候,同时也可参与大气光化学反应,使气溶胶老化进而影响大气环境质量。本研究表征了碳质气溶胶污染特征和光学特性,以及BrC在气溶胶中的粒径分布特征;阐明了 BrC的光化学反应能力、光解特征以及其对大气光化学反应的贡献。主要研究内容如下:(1)通过热-光分析法探究了西安市城市PM中碳质气溶胶污染特征以及其主要来源。西安市碳质组分如OC、EC(element carbon,水不溶性有机碳)、WISOC(water-insoluble organic carbon,水不溶性有机碳)、WSOC(water-soluble organic carbon,水溶性有机碳)以及SOC(secondly organic carbon,二次有机碳)均表现出“两头高,中间低”的变化特征,即冬季污染严重、夏季污染程度显著减弱;并且,有机气溶胶在PM2.5中占比变化的表现出季节性特征,而EC在PM2.5中的占比在不同季节保持稳定;冬季的二次有机碳生成显著,这与冬季较高的OC排放量与北方冬季气候特征相关;对碳质气溶胶的来源解析发现,西安市碳质气溶胶的主要来源为燃煤以及机动车排放。(2)采集了中国的典型燃煤城市—临汾的不同粒径的城市PM(particulate matter,颗粒物)样品,通过 EEM-PARAFAC(Excitation-emmission matrices-parallel factor analysis,三维荧光光谱-平行因子)分析方法对棕碳的光学特征、组分相对含量以及粒径分布特征进行了分析。结果表明,在粒径为0-10 μm的范围内的颗粒物中,棕碳的吸光度、总荧光体积、质量吸收系数以及标准荧光体积均表现出随着颗粒物粒径的减小而增大的特征,说明了细颗粒物具有更显著的光学特征;鉴定出的棕碳中,HULIS广泛存在于更小粒径的颗粒物中,其来源与二次气溶胶显著相关;色氨酸和络氨酸类可能来源于生物气溶胶,并且其相对含量随着颗粒物粒径的增加而增加;我们通过 7 种 PAHs(Polycyclic aromatic hydrocarbon,多环芳烃)来研究其对 MSOM(meehanol-soluble organic matter,甲醇溶性有机质)的Abs365和FV(Fluorescence volume,荧光体积)的贡献,发现PAHs与吸光度和荧光体积均呈正相关趋势,但对吸光度和荧光体积的平均贡献很小(<3%)。(3)采用EEM技术,依靠于实验室自制的光化学反应平台,鉴别了 POA(primary organic aerosol,一 次有机气溶胶)、SOA(secondly organic aerosol,二次有机气溶胶)以及城市PM中棕碳种类;通过化学探针的方法,我们量化了棕碳通过光化学反应形成三线态的能力;并且建立了棕碳与三线态之间的构-效关系;利用EPR技术,量化了三线态对活性氧的驱动效应。研究结果表明,气溶胶棕碳形成三线态基本符合一级反应动力学;气溶胶中色氨酸以及美德拉反应驱动的含N类棕碳形成三线态的能力显著,贡献可达88%;POA中,生物质燃烧样品形成三线态的能力最强,机动车排放最弱;SOA中,不同氧化程度的SOA形成三线态的能力未发现显著差异;城市PM中,冬季气溶胶形成三线态的能力约为夏季的2倍;并且发现,棕碳通过形成三线态,进一步驱动了至少气溶胶产生总量的～30%的1O2(单线态氧)和·OH。(4)通过模拟光照、光学特征分析、碳质组分分析等分析方法对气溶胶中棕碳的光解特征进行了研究。光照条件下,气溶胶中的有机组分可发生光解,其碳质组分发生变化,并且,相较于城市PM,POA中碳质组分变化显著,说明了其更强的光解能力;光解前后,POA中的水溶性、水不溶性棕碳的FV分别平均衰减了 74.1%和63.2%,而城市PM分别为23.4%和79.1%;光解前后,POA以及城市PM对活性氧的驱动作用下降显著,证明光解效应了对于气溶胶中活性氧的影响,然而也发现城市PM中,棕碳具有通过三线态驱动活性氧的机制,然而POA未表现出该特征。