华南地区一次生物气溶胶特征、来源及影响研究

Primary biological aerosols (PBA) contribute a significant part of atmospheric aerosols. PBA plays an important role in cloud and ice formation processes which may affect the air quality, precipitation and radiactive balance in regional scale. The health effects of PBA have also been considered. We propose to carry out a study on the characteristics, sources and regional impacts of PBA in South China in order to improve the current understanding of PBA in China. We will collect atmospheric aerosol samples in different ecosystems including urban, rural, forest and coastal environments. Biomarkers of PBA including protein, hydroxy fatty acids, and sugar alcohols will be analyzed to characterize the concentration levels, temporal variation and influencing factors. The major sources of PBA in different ecosystems in South China will be investigated and identified. Based on the results of our observation the contribution of total PBA to atmospheric aerosols will be estimated and the regional impact will also be studied.

一次生物气溶胶（PBA）是大气气溶胶的重要组成部分，可通过参与成云和成冰过程对区域空气质量、降水和辐射平衡等产生影响。同时，PBA也存在不可忽视的人体健康效应。针对当前我国对PBA观测的缺乏和研究的不系统，本研究拟在我国华南地区开展PBA特征、来源和影响的研究。本研究将在城市、郊区、森林和海岸等四个生态系统采集大气气溶胶样品。通过分析样品中包括蛋白质、羟基脂肪酸和糖醇类化合物等在内的生物标志物，获得不同生态系统PBA的浓度水平、时间变化和影响因素等特征。并对PBA的来源开展较为深入的研究，识别不同生态系统PBA的主要来源，对华南地区PBA的排放量进行估算。进而量化研究PBA对华南地区大气气溶胶的贡献，并探讨PBA对区域大气环境的影响。本研究旨在获得我国典型区域PBA的实地观测数据并探讨其影响，为我国区域大气气溶胶的深入研究积累基础数据和提供理论依据。

一次生物气溶胶（PBA）普遍存在于地球各种生态系统中，是一类重要的大气气溶胶组分，可对人类健康及环境气候产生显著影响。由于我国对PBA观测缺乏系统的研究，本项目选择华南地区城市、郊区、森林和海岸等生态系统采集了大气气溶胶样品，分析了总蛋白质、氨基酸及生物气溶胶标志物的浓度水平，从而获得了PBA的时空变化特征，同时结合气团后向轨迹及相关性分析等方法探讨了PBA的来源贡献和对大气环境影响等。通过开展本研究：（1）获得不同生态系统PBA的水平及其时空变化特征。以总蛋白质作为PBA总量标志物，显示城市、郊区和森林站点PBA水平较高，高于海岸站点和开放海域。小分子蛋白类物质氨基酸的浓度与化学标志物有机碳、糖醇类物质等存在相关。PBA及其他化学组分表现出明显的季节变化趋势，在冬季表现出较高值，最小值则出现在夏季采集的样品中，冬季的高浓度可能与华南地区该时间段的强生物质燃烧排放存在关联。（2）初步识别不同生态系统PBA的来源。城市站点气团后向轨迹分析及其聚类分析和潜在源贡献因子分析显示短距离传输的清洁海洋气团可能主要影响蛋白质，而长距离传输的陆地源可能是氨基酸的潜在源。相关性分析发现PBA和NH4+显著正相关，表明农业活动对该站点的蛋白类物质存在贡献。PBA和非海盐K+的强相关性指示了周边区域的生物质燃烧活动是该站点PM2.5中蛋白类物质的来源之一。（3）发现PBA可能存在的大气反应过程。通过对大分子和小分子蛋白类物质特征的研究显示，不管在城市或其他生态系统中，PBA在排放之后其蛋白质可能受大气氧化性的影响，发生二次反应过程。数据表现为典型氨基酸物种与O3及NO2存在良好相关性，表明这些大气氧化剂可能共同参与了蛋白类物质的大气过程。研究进一步表明大气气溶胶中的大分子蛋白质在大气氧化剂的作用下可被降解为小分子的氨基酸。蛋白质的降解反应在昼夜可能存在差异。本研究获得了华南地区典型生态系统PBA的实地观测数据，可为全面深入研究我国PBA的排放特征、来源及大气化学过程提供基础数据和理论支持。