人为源有机气溶胶影响下自然源二次有机气溶胶生成的模拟和观测研究

Biogenic secondary organic aerosols (BSOA)are dominant in global SOA budget. Both field observation and model prediction show significant enhancement of BSOA under the increased anthropogenic OA (AOA) emission. Due to the lack of chamber experiments using AOA as seed, it is difficult to evaluate such an enhancement. In this study, we will use three types of AOA as seeds to simulate BSOA formation in our chamber, including typical POA tracers (deuterated alkanes and fatty acids), SOA from deuterated aromatics and POA from emission sources. Isotop technique will be applied to distinguish between BSOA and AOA. After obtaining the SOA yields on these AOA seeds, we will further check the influences of high NOx and low NOx on BSOA formation. Finally, field campaigns will be undertaken at a forest site to evaluate the impact of anthropogenic emission on BSOA formation in the real atmosphere. This study can provide insight into BSOA formation especially under the influence of anthropogenic emission.

自然源二次有机气溶胶（BSOA）在全球SOA总量中占主导地位。观测和模型结果均显示人为源排放的大量有机气溶胶（OA）会促进BSOA的生成，缺乏以人为源OA作为种子的烟雾箱模拟研究，导致无法阐明这一现象的内在机制，因而无法准确定量评估。本研究面向这一问题，利用同位素示踪区分BSOA和人为源OA，通过烟雾箱模拟研究BSOA在人为源OA上的生成机制与产率。项目首先分别以一次源排放有机物（全氘代）、苯系物SOA（全氘代）和一次源排放有机气溶胶（POA）这三类人为源OA做为种子，开展自然源前体物生成SOA的烟雾箱模拟；再针对NOx和前体物浓度，研究低NOx和高NOx条件对BSOA生成的影响；在此基础上，通过森林站点的系统观测，评估实际大气中人为源排放对BSOA生成的促进作用。本研究的开展可为准确估算人为源排放对BSOA生成的影响提供重要的机制和产率参数。

人为活动排放的有机气溶胶（OA）和氮氧化物（NOx）对自然源二次有机气溶胶（SOA）生成有重要影响，特别在污染地区，这一过程会加剧细粒子污染。针对这一科学问题，课题从烟雾箱模拟和野外观测两方面入手，在烟雾箱模拟研究方面，发现以聚乙烯醇（PEG）作为典型人为源OA种子的情况下，α-蒎烯SOA产率可提高7.7-118%，且这一促进作用可以用双产物模型拟合；针对自然源SOA中半挥发性有机物（SVOCs）的气态壁效应，测定长链烷烃（二十烷、二十二烷、二十五烷、二十六烷、d12-异三十烷）、有机酸（十八烯酸）和有机醇（左旋葡聚糖）等典型SVOCs的气态壁损失速率，阐明SVOCs气态壁损失速率主要受控于其饱和蒸汽压和摩尔混合比；发现在氘代甲苯SOA上，α-蒎烯SOA的传质受饱和蒸汽压、温度和湿度等多种因素控制，显示出人为源和自然源SOA混合过程的复杂性；发现随着VOCs/NOx比值的升高，异戊二烯、单萜烯和倍半萜烯SOA标志物的产率均呈先升高后降低的趋势，表明在污染地区高NOx环境中，减少NOx排放可能会反而增加自然源SOA生成。在野外观测方面，通过对覆盖我国6个区域的12个站点进行一年同步观测，首次获取我国大气SOA时空格局，查明其高值在我国南方，且以自然源SOA为主；发现秋冬季生物质燃烧会导致异戊二烯、单萜烯和倍半萜SOA异常升高；阐明在污染地区异戊二烯SOA仍以低NOx途径生成为主，并定量评估了控制硫酸盐对减少异戊二烯SOA生成的贡献；揭示南亚人为活动排放的污染物，通过长距离传输显著影响青藏高原SOA组成。经过4年努力，课题组全面完成各项研究内容，发表标注论文8篇，其中SCI论文6篇，全部发表于JCR分区的领域Q1刊物上，相关结果为准确估算人为源排放对自然源SOA生成的影响提供了较重要的模拟和观测依据，多次被科学院等网站科普报道。