黄海大气气溶胶中微量元素溶解性研究-氮的非均相反应的影响

大气气溶胶的干湿沉降对海洋初级生产和固碳能力有着重要的影响，但这种影响从根本上决定于沉降物质在海水中的溶解性。大气气溶胶在传输过程中与污染气体的相互作用，特别是氮的非均相反应就是影响其溶解性的一个关键性因素。本项目通过对黄海近岸的现场观测和模拟实验研究，认识沙尘和非沙尘天气条件下气溶胶中微量元素的溶解性及随粒径的变化，探讨不同来源和不同传输路径的气溶胶中微量元素溶解性的差异及主控因子，重点关注大气传输中氮的非均相反应对微量元素溶解性的影响。为认识亚洲沙尘的溶解性及其控制过程提供有益的借鉴，为准确评估大气沉降对海洋初级生产力的贡献奠定科学基础。

大气气溶胶的干湿沉降带来的铁对海洋初级生产和固碳能力有着重要影响，但这种影响从根本上决定于沉降铁的溶解度。本项目对比分析了近岸、近海和大洋气溶胶中总Fe浓度和Fe溶解度，气溶胶中总Fe浓度呈现近岸高于近海，近海高于大洋的变化趋势，对中国近海而言，呈现由北向南依次降低的趋势。但气溶胶中Fe溶解度未呈现明显的空间分布规律。与世界其他海域相似，中国近岸、近海及西北太平洋大气气溶胶中Fe溶解度变化范围较大，为0.19%-33.8%，平均而言，青岛为3.3%、渤海10.4%、黄海12.0%、东海9.7%、南海8.3%、西北太平洋为10.6%。沙尘天气下，大气气溶胶中总Fe浓度明显升高，但Fe溶解度一般较低，为1%左右。雾、霾天时，尽管气溶胶中均含有高浓度的酸性污染物，但霾天时Fe溶解度明显低于雾天，二者差异的主要原因是由于雾天时酸组分在较高的相对湿度下更能促进Fe溶解度提高。气团的后向轨迹不同显著影响气溶胶中Fe溶解度，但这种差异不是由元素的初始来源或组成造成的，而可能是气溶胶远距离传输中经历的大气过程不同造成的。不同粒径气溶胶中Fe的溶解度不同，在<2.5μm细粒子中Fe溶解度约为10%，在>2.5μm粗粒子中约为3%。中国近海气溶胶中Fe溶解度与总Fe浓度呈现显著负相关关系，这种关系可以用两个地理化学端元（人为燃烧源和矿物沙尘源）的保守性混合模型来模拟。生物质燃烧对中国近海气溶胶中溶解态Fe的贡献<2%，大气酸化过程是影响Fe溶解度的主要因子。SO42-的非均相转化反应主要影响细粒子中Fe的溶解度，而NO3-的非均相转化反应主要影响粗粒子中Fe的溶解度，有机酸对Fe溶解度也有一定贡献。大气沉降带来的Fe可支持中国近海10-45 mmol C/m2/d的初级生产，支持西北太平洋3-6 mmol C/m2/d的初级生产。