长三角西部地区与芬兰针叶林地区新粒子生成差异性研究

Atmospheric aerosols receive lots of attentions because of their environmental and climate effects. New particle formation (NPF) is one of important sources of aerosol. At present, the understanding of NPF is mostly based on the clean air environment in Europe or USA. However, the mechanism of NPF under complex air pollution in China is still unclear. This project plans to compare the NPF in the high-pollution areas of western YRD area and in the boreal forest of Finland and study the applicability of the classic NPF theory under complex air pollution in China. Based on the long-term observation data (e.g. sulfuric acid, highly oxygenated multifunctional compounds, aerosol/ion size distribution, meteorological condition and trace gases) collected from the SORPES station of Nanjing University and the SMEAR II station in the boreal forest of Finland, this project will calculate the parameters of NPF and set up the data sets. Through the comparison study, the differences of NPF in the western YRD and boreal forest in Finland will be found out. Combined with the simulation and sensitive tests by MALTE-BOX model, the key factors and physical/chemical processes leading to the differences of NPF at two sites will be analyzed in order to improve the understanding of NPF mechanism under complex air pollution in China.

大气气溶胶因其环境（健康）与气候效应备受关注，而新粒子生成是大气气溶胶的重要来源。目前关于新粒子生成的认识多基于欧美清洁大气环境，但我国大气复合污染环境下的新粒子生成机理仍不清楚。本项目计划通过详细对比我国长三角西部高污染地区和芬兰针叶林地区的新粒子生成事件，分析现有新粒子生成理论在我国大气复合污染环境下的适用性。利用南京大学SORPES观测站及芬兰针叶林地区SMEAR II观测站的长期观测数据（包括硫酸、高氧化态有机物、气溶胶/空气离子粒径谱、气象和痕量气体等数据），计算新粒子生成相关参数，建立数据集。通过对比分析，找出长三角西部地区和芬兰针叶林地区新粒子生成的差异。结合大气化学和气溶胶箱体模型MALTE-BOX模型模拟及敏感性实验，系统分析导致两个地区新粒子生成差异的关键因子及重要物理、化学过程，以期提高对于我国大气复合污染环境下新粒子生成机理的认识。

新粒子生成，指气态前体物核化并增长形成气溶胶的过程，是全球气溶胶的主要来源之一。在我国复合型污染的背景下，不同于经典理论，新粒子生成事件具有独特的特征和机制。理清我国复合污染背景下的新粒子生成对于空气污染治理和应对气候变化具有重要意义。本项目基于外场观测数据，着重分析长三角地区新粒子生成的独特特征和内在机制。项目通过将k-mean聚类分析方法用于SORPES观测站的长时间气溶胶粒径分布观测数据集，结合同步观测的其它大气成分观测数据，对各簇族特征进行分析发现新粒子生成和汽车尾气排放是长三角纳米气溶胶的主要来源。各簇族之间的关联和转化表明新粒子生成可以通过进一步增长而贡献灰霾的形成。该成果表明聚类分析是分析长时间气溶胶粒径分布数据集的有效方法。目前针对新粒子生成的研究多基于地基观测而忽略了新粒子生成在垂直方向的差异。项目基于大载荷系留飞艇平台对于边界层顶附近新粒子生成进行直接观测，发现尽管在污染的城市边界层内新粒子生成受到抑制，但在边界层以上，由于低凝结汇和高大气氧化性，具有更高的新粒子生成频率。该成果强调进行针对新粒子生成事件的垂直观测的必要性。项目进行了室内、外空气质量观测实验，建立了一个简化的室内-室外质量平衡方程来模拟室内浓度并发现气象条件是影响南京室内外空气质量关系的重要因素之一。该成果有助于更好地了解长三角等污染地区气体和颗粒物的室内外浓度关系。综上，考虑到在未来大气颗粒物浓度持续降低而以臭氧为代表的氧化性气体浓度却增加的背景，未来我国城市地区新粒子生成以及其对空气质量和天气气候的影响需要得到更多的关注。