我国近海大气气溶胶老化过程对人为源排放细粒子中Fe溶解度的影响

Aerosol long-range transport and deposition is an important nutrient and trace metals inputs to the ocean, and bioavailable iron plays an essential role in limiting the marine primary producers. Recent research found that the anthropogenic emission contributed about half to the total soluble iron supply to the ocean in the northern hemisphere, which should obtain more attention. We focus on the sources of soluble iron in the fine particles over china coast seas around the heavily polluted North China Plain, and aim to explore the impact of aerosol aging process on the solubility of anthropogenic iron. Observation of PM2.5 would be conducted in a coastal site in Qingdao and the cruise over Yellow sea and East Sea. Single particle aerosol mass spectrometer was used to obtain the mixing state of aerosols in real-time, and offline bulk measurements were also conducted, including total/soluble Fe and other major components in PM2.5. In this project the major sources of soluble iron were analyzed by performing the PMF and PCA software on the bulk measurements data. The impact of aerosol acidification and cloud process on the aerosol mixing state and iron solubility were also investigated, and the behavior of iron-oxalate complex photo degradation was primary discussed. This project will enrich significantly the existing knowledge on the anthropogenic soluble iron, and improve the performance of current aerosol iron deposition models.

气溶胶长距离传输及沉降是海洋重要的营养盐和痕量金属的输入来源，其中生物可利用Fe沉降是制约海洋初级生产力的重要因素。研究表明人为源排放对大气总可溶性Fe沉降具有重要贡献，但现有研究对其关注尚且不足。本项目拟对我国重污染区域华北地区的沿海及其附近海域大气细粒子中的可溶性Fe进行来源解析，以期深入认识气溶胶老化过程对大气中人为源排放Fe溶解度的影响。拟在人为源污染较重的冬、春季青岛沿海站点及黄海、东海海域对大气环境中的PM2.5进行观测，分别应用单颗粒在线质谱仪和膜采样离线分析技术获取单颗粒物混合状态、Fe的溶解度及其他主要化学组分信息；应用PMF及PCA等源解析软件分析可溶性Fe的主要来源；对比沿海、巡航观测结果，揭示不同环境下气溶胶的酸化和云雾过程对单颗粒混合状态及Fe溶解度的影响，并初步研究Fe-草酸颗粒物的光化学降解行为。项目研究成果预期可以丰富对大气人为源排放的可溶性Fe沉降的认识。

气溶胶长距离传输及沉降是海洋生物可利用Fe输入的重要来源，是制约海洋初级生产力的关键因素。研究表明人为源排放对大气总可溶性Fe沉降具有重要贡献。本项目在不同季节对我国重污染区域华北地区（青岛）及其附近海域（黄、渤海）大气细粒子中的可溶性Fe进行全样和单颗粒样品采集，以期深入认识气溶胶中总态Fe老化过程对大气中人为源排放Fe溶解度的影响。. 2017-2018年青岛沿海站点春季捕获到了多次沙尘事件，发现沙尘气团前后多次在一定区域出现，称为沙尘回传现象。对近五年内的29次典型沙尘的统计发现其中11次发生了明显的沙尘回传现象。对典型个例进行研究表明沙尘老化与传输路径中大气污染程度及在停留时间长短有关，Fe溶解度同环境RH、颗粒物水含量及有机物质如oxalate含量直接相关，表明液相反应及oxalate对Fe溶解有重要贡献。对黄渤海海域的海洋大气环境样品的分析发现其污染水平受到气团来源影响较大。春季渤海海域来自陆地气团影响时总态Fe浓度最高，但溶解度较黄海海域受到陆地气团影响的样品低，黄海海域受到海洋气团影响的大气环境样品的总态及溶解态Fe浓度均为最低，表明大陆气团传输对海洋Fe沉降的贡献较大。夏季整体Fe溶解度较春季高，人为污染占比较大。对于同时段的海洋大气和八关山沿海环境下的大气样品，发现海洋整体的Fe浓度较沿海陆地站点低，溶解度高，但V和Ni作为船只排放源的典型示踪物恰恰相反。. 对香港位于郊区的临海站点春季三个月大气环境中的气溶胶进行了单颗粒质谱分析，表明29.2%的Fe同草酸盐混合，形成具有光降解特性oxalate-Fe络合物，从而降解生成CO2并将Fe(III) 转换成溶解性更强的Fe(II)。假设该时间段没有明显的oxalate生成，则高达20%的oxalate通过该过程发生光降解。对oxalate的单颗粒质谱分类共获取了六种主要的来源，包括生物质燃烧、工业排放、垃圾焚烧、船只排放、沙尘、海盐等。其中生物质燃烧占比最高，但含有oxalate-Fe最多的工业排放和垃圾焚烧。对不同种类颗粒物的日变化分析发现工业及船只排放源oxalate-Fe具有最高的降解速率，而垃圾焚烧类几乎没有降解，沙尘和生物质燃烧源的降解中等。这表明人为源排放的oxalate-Fe对oxalate的降解以及可溶性Fe的转换都具有重要意义。