高污染条件下臭氧化反应生成二次气溶胶的云凝结核活性研究

Atmospheric ozonolysis reactions are significant sources of secondary organic aerosol (SOA) in the troposphere, with potentially important contributions to the indirect radiative forcing of atmospheric aerosols. However, the cloud condensation nuclei (CCN) ability of SOA from ozonolysis remains highly uncertain. Previous laboratory studies on the CCN activity of SOA were generally conducted in the presence of single reactants; thus the results may not be directly applicable to atmospheric conditions, especially the typical highly polluted conditions in China. This project will be carried out using smog chamber experiments under near atmospheric conditions, to systematically investigate the impact of atmospherically relevant gaseous and particulate pollutants (including common pollutant gases such as SO2, NOx ,NH3 and CO, and (NH4)2SO4 particles with different acidities) on the CCN activity of secondary aerosols from ozonolysis, and the relevant mechanisms and influencing factors. The CCN acidity under complex air pollution conditions in the presence of multiple pollutants and the differences between alkenes with different structures will also be studied. This will aid in the assessment of the contribution of alkene ozonolysis to atmospheric CCN under atmospheric conditions, and in particular the highly polluted conditions, which can further our understanding of the indirect radiative forcing of SOA under the complex air pollution conditions typical in China.

大气臭氧化反应是对流层二次有机气溶胶（SOA）的重要来源，对大气气溶胶的间接辐射强迫可能有重要影响，然而目前关于臭氧化反应生成的气溶胶活化为云凝结核（CCN）的能力还存在很大的不确定性。以往的实验室模拟研究往往在单一反应物条件下进行，其结果可能不适用于大气条件，尤其是中国典型的高污染条件。本项目拟通过近实际大气条件下的烟雾箱模拟实验，系统研究大气中典型的气态与颗粒态人为污染物（包括SO2、NOx、NH3、CO等常见污染气体与不同酸度的硫酸铵颗粒物）对臭氧化反应中二次气溶胶云凝结核活性的影响，考察其理化机制与影响因素；模拟研究污染物并存的复合污染条件下臭氧化生成二次气溶胶的云凝结核活性；并揭示不同代表性结构烯烃反应体系的差异。这将有助于我们正确评估实际大气条件下、尤其是高污染条件下烯烃臭氧化反应对于大气CCN的贡献，为进一步了解中国复合污染条件下SOA的间接辐射强迫提供科学支撑。

大气臭氧化反应是对流层二次有机气溶胶(SOA)的重要来源，对大气气溶胶的间接辐射强迫可能有重要影响，然而目前关于臭氧化反应生成的气溶胶活化为云凝结核(CCN)的能力还有很大的不确定性。以往的实验室模拟研究往往在单一反应物条件下进行，其结果可能不适用于大气条件，尤其是典型的高污染条件。本项目采用自主搭建的烟雾箱反应装置和颗粒物综合在线观测系统，进行了近大气条件下代表性烯烃臭氧氧化的模拟实验，考察了SO2、H2O、CO、NO2、CH3COOH等大气相关气体及酸性硫酸铵颗粒物对反应中生成的二次气溶胶理化特性和CCN活性的影响，探讨了其理化机制及与烯烃前体物结构的关系，并模拟研究了复合污染条件下臭氧化生成二次气溶胶的CCN活性。结果表明这些气态与颗粒态大气污染物对烯烃臭氧化生成二次气溶胶的成核、产率、CCN活性、化学组成等均有重要影响，具体影响及其程度与烯烃前体物的结构有关。单萜SOA的CCN活性更容易受到OH自由基清除剂的影响，而倍半萜SOA受SCI清除剂的影响显著，这主要是由于倍半萜体系中Criegee中间体(CI)单分子分解生成吸湿性产物（如有机酸）的途径可被CI的双分子反应抑制，而单萜受双分子反应的影响则较小。本研究指出CI对于烯烃臭氧化SOA的CCN活性有重要作用，因此在评价烯烃臭氧化反应的重要性时应考虑大气相关物种的影响，这将有助于我们正确评估实际大气条件下、尤其是高污染条件下烯烃臭氧化对于大气CCN的贡献，从而进一步了解中国复合污染条件下SOA的间接辐射强迫效应。