NO3自由基在人为源二次有机气溶胶生成和老化中的作用的实验室及外场观测研究

Anthropogenic secondary organic aerosol (SOA), formed by the oxidation of anthropogenic volatile organic compounds (VOCs), not only contributes a large fraction to the total PM2.5 mass concentration in China but also plays an important role in the climatic impact of aerosols. Compared with the anthropogenic SOA formation from the oxidation by OH radical during the daytime, the role of SOA formation during nighttime especially from the oxidation by NO3 radical is far from being clear. We propose to investigate the SOA formation from the oxidation by NO3 of anthropogenic VOCs and their degradation products in laboratory studies. We plan to determine the reaction products in both the gas-phase and particle-phase on the molecular level, quantify the SOA yield, and characterize cloud condensation nuclei activity and optical properties, two important physicochemical properties for the impact of aerosol on climate and the environment. Moreover, we will investigate the aging of SOA regarding the influence of environmental conditions and diurnal cycling on chemical composition and physicochemical properties of SOA as well as the role of NO3 in SOA aging. Furthermore, we will perform field studies regarding the role of NO3 radical in anthropogenic SOA formation. By integrating laboratory and field studies, this project will help understand the source of atmospheric SOA and the mechanism of its formation and provide important parameters to assess the impact of anthropogenic SOA on climate and the environment.

人为源二次有机气溶胶来自人为活动排放的挥发性有机物的大气氧化，在我国细颗粒物污染和气溶胶的气候效应中具有重要作用。人为源二次有机气溶胶的生成过程与机理尚不明确，特别对夜间NO3自由基氧化挥发性有机物在二次有机气溶胶生成和老化中的作用了解还很欠缺，亟需开展相关研究以评估其对气溶胶浓度的贡献和其气候环境效应。本研究拟针对NO3与典型人为源挥发性有机物及其降解产物反应生成的二次有机气溶胶开展实验室模拟研究。在分子水平上表征气相和颗粒相产物，定量气溶胶产率，并表征气溶胶的重要理化特性成云活性和光学性质。研究气溶胶老化与NO3在老化中的作用，包括环境条件和昼夜循环对气溶胶化学组成和理化性质的影响。同时开展相关的外场观测，综合实验室研究与外场观测回答夜间人为源二次有机气溶胶的来源和生成机制，为进一步在模式模拟中评估二次有机气溶胶的气候环境影响提供重要基础参数。

人为源二次有机气溶胶来自人为活动排放的挥发性有机物的大气氧化，在我国细颗粒物污染和气溶胶的气候效应中具有重要作用。人为源二次有机气溶胶的生成过程与机理尚不明确，特别对夜间NO3自由基氧化挥发性有机物在二次有机气溶胶生成和老化中的作用了解还很欠缺，亟需开展相关研究以评估其对气溶胶浓度的贡献和其气候环境效应。本研究针对NO3与典型人为源挥发性有机物及其降解产物（包括酚类、烯烃和芳香烃光化学氧化的混合物等）反应中的二次有机气溶胶生成开展了实验室模拟研究。在分子水平上表征了气相和颗粒相产物，定量了气溶胶产率，并表征了气溶胶的重要理化特性成云活性。研究了昼夜循环中气溶胶老化中的作用。发现在NO3与烯烃（以来自挥发性化学品柠檬烯为代表）反应中生成大量的高氧化度有机物（HOM），主要是高氧化度的有机硝酸盐（HOM-ON），包括单体，二聚体和三聚体；由于HOM的低挥发性其贡献了SOA的组成的大部分。而在NO3与酚类的反应中主要产物为硝基酚类，SOA的主要组成亦为硝基酚类。HOM的产率很低，对SOA的贡献也很小（<5%）。NO3与酚类反应后生成的SOA经过光化学老化其浓度会下降，原因是硝基酚类的光解及其与OH自由基的反应。典型芳香烃类光化学反应后的产物经NO3氧化后其浓度略有下降。NO3与柠檬烯反应生成的SOA的成云活性（κ= 0.038 ± 0.01）远低于其光化学反应中生成的SOA的成云活性（κ= 0.13 ± 0.01），经过暗老化之后其成云活性进一步降低，可能的原因来自增加SOA平均分子量的过程如低聚化。同时开展了相关的外场观测，综合实验室研究与外场观测发现夜间人为源二次有机气溶胶的来源包括与NO3与酚类和单萜烯的反应。本项目获得的结果为进一步在模式中模拟夜间人为源二次有机气溶胶的浓度和组成及评估其气候环境影响提供了重要基础参数。