光化学反应活跃区森林挥发性有机物的组成特征、二次污染成因及贡献研究

Large amounts of highly reactive biogenic volatile organic compounds (BVOCs) are emitted by forests, forming natural atmospheric oxidation environments. In areas that experience strong photochemical reactions, when volatile organic compounds (VOCs) and oxides of nitrogen (NOx) from urban centers are transported to the surrounding forests, these anthropogenic compounds react with BVOCs in a series of complex atmospheric chemical reactions, affecting the BVOC emission from plants and the removal of primary pollutants and the formation of ozone (O3) and secondary organic aerosols (SOA). This results in an increased atmospheric oxidation and the deterioration in air quality of forests, leading to extreme weathers and regional eco-environmental disasters. However, the compositions and chemical reactivity of forest BVOCs as well as their contributions to atmospheric photochemical processes influenced by anthropogenic emissions are still not well understood. The proposed study plans to investigate the sources and reaction mechanisms of forest BVOCs and their contributions to O3 and SOA formations through analysis of the compositions and concentrations of BVOCs in forests of the Pearl River Delta and Beijing-Tianjin-Ji region. The measurements of BVOCs will be carried out by a combination of multiple online and off-line analytical techniques and methods. Results of the proposed study will enhance our knowledge of forest BVOCs and will be valuable for understanding the regional complex air pollutions and their impact on the forest ecosystems of major pollution regions.

城市周边的森林植物会排放大量化学活性强的生物源挥发性有机物（BVOCs），形成天然的大气氧化池。在光化学反应活跃地区，一旦高浓度的人为源挥发性有机物和氮氧化物等空气污染物从城市被输送至森林时，将促进森林大气中BVOCs发生一系列复杂的大气光化学反应，直接影响植物排放BVOCs、一次污染物清除以及二次有机气溶胶和臭氧等二次污染物生成，导致大气氧化性增强、森林以及区域空气质量恶化，从而引发极端天气和区域生态环境灾变等问题。然而，目前关于森林大气中BVOCs的组成特征、与污染大气的混合反应机制及其大气化学贡献研究较为薄弱。为此，本项目选取珠三角、京津冀等光化学反应活跃区的典型森林，综合运用多种离线/在线检测手段，分析森林大气中BVOCs的组成和含量，探讨其来源、演化机理及对臭氧和二次有机气溶胶生成的大气化学作用。本研究将有助于更好地揭示我国区域大气复合污染的成因及其森林生态环境效应。

城市周边的森林植物会排放大量化学活性强的生物源挥发性有机物（BVOCs），形成天然的大气氧化池。在光化学反应活跃地区，一旦高浓度的人为源挥发性有机物和氮氧化物等空气污染物从城市被输送至森林时，将促进森林大气中BVOCs发生一系列复杂的大气光化学反应，直接影响植物排放BVOCs、一次污染物清除以及二次有机气溶胶和臭氧等二次污染物生成，导致大气氧化性增强、森林以及区域空气质量恶化，从而引发极端天气和区域生态环境灾变等问题。然而，目前关于森林大气中BVOCs的组成特征、与污染大气的混合反应机制及其大气化学贡献研究较为薄弱。本项目以珠三角周边的南岭森林为研究区域，通过连续开展3年的野外综合观测，运用多种离线/在线检测手段和数值模型，基本摸清了南岭森林典型优势树种的BVOCs排放特征，掌握了南岭森林大气BVOCs的组成和含量，并探讨了其来源、演化机理及对臭氧和二次有机气溶胶生成的大气化学作用。主要研究成果如下：（1）完善并优化了BVOCs和OVOCs的在线离线采样测量方法，建立了严格的质量控制与质量保证程序。（2）尽管南岭森林大部分时段为清洁时期，但受台风和强区域传输的影响，非清洁过程不同类型污染物浓度显著升高，典型物种如CFC-11和NO2浓度分别上升了70%和100%。（3）典型BVOC异戊二烯的观测值偏低、大气寿命短，而其重要氧化产物（如气相MVK、MACR、甲醛、乙二醛、甲基乙二醛，颗粒相异戊二烯SOA示踪物）的浓度都偏高，通过参数化方法估算和基于MCM的箱式模型模拟，发现南岭森林大气OH和NO3自由基浓度明显高于国内外森林背景点，表明了南岭森林大气氧化性强这一显著特征。（4）进一步分析发现，受珠三角城市群的影响，南岭森林的大气氧化性显著增强，森林排放出来的BVOCs被快速氧化，影响了OVOC和BSOA的生成途径，BVOC向OVOC及BSOA的转化加快；同时气溶胶酸度显著下降，加速了气态氨向颗粒态铵的转化，增强了ASOA（如咪唑类物质）生成。本研究将有助于更好地揭示我国区域大气复合污染的成因及其森林生态环境效应。