区域雾霾天气条件下硝基多环芳烃和含氧多环芳烃二次生成及长距离传输机制研究

Haze-fog has become one of the most serious regional atmospheric environmental problems in China. However, few studies have reported the influence of haze-fog on the pollution characteristics and secondary formation mechanism of NPAHs and OPAHs whose carcinogenicity and mutagenicity are far more than their parent PAHs. This project will develop field experiments in typical city, rural area and mountain area in North China and to study temporal and spatial distribution, molecular ratio variations of PAHs, NPAHs and OPAHs at the beginning of haze-fog, during the haze-fog and after the haze-fog, combined with Master Chemical Mechanism model (MCM) to analyze the influence of haze-fog on the secondary formation of NPAHs and OPAHs and quantify the contributions of different paths to the NPAHs and OPAHs secondary formation. The influence of atmospheric long distance transport on molecule composition and reaction activity of PAHs will be investigated by using HYSPLIT back trajectory model. The contributions of direct emission sources, secondary formation sources and long distance transport sources to NPAHs and OPAHs will be explored by the combination with source apportionment methods. This work is able to verify the mechanism of secondary formation and long distance transport of NPAHs and OPAHs in haze-fog days.

雾霾目前已成为我国严重的大气区域环境问题之一，然而雾霾对致癌、致突变性远超过其母体多环芳烃（PAHs）的硝基多环芳烃（NPAHs）和含氧多环芳烃（OPAHs）的污染特征及二次生成机制的影响的研究还鲜有报道。本项目拟在华北典型城区、对应下风向郊区和高山地区开展实验。采集并分析区域雾霾天气条件下各站点气相、颗粒相中PAHs，NPAHs和OPAHs特征分子组分，研究其在雾霾产生阶段—雾霾中—雾霾后期—雾霾消失过程中的时空分布特征及特征分子比值变化，结合详细化学机理模式（MCM）研究雾霾天如何影响NPAHs和OPAHs的二次生成及量化不同生成途径的相对贡献。利用HYSPLIT后向气流轨迹模式，探讨雾霾天大气长距离传输对多环芳烃分子组成和反应活性的影响，同时结合源解析方法解析一次排放，二次生成和长距离传输对NPAHs和OPAHs的贡献，最终探明雾霾天NPAHs和OPAHs的二次生成和长距离传输机制。

为研究致癌、致突变性远超过其母体多环芳烃（PAHs）的硝基多环芳烃（NPAHs）和含氧多环芳烃（OPAHs）在雾霾天气条件下的污染特征及二次生成机制，本研究分别在华北地区不同类型站点（典型城市区域-济南、高山背景区域-泰山、海洋背景区域-砣矶岛）开展了跨季度大气采样观测实验，同时开展了突发大气污染事件（春节烟花爆竹燃放，生物质燃烧，春季沙尘天气）的大气强化采样观测实验，获取了高质量的数据集，并对观测数据进行了深入分析。研究结果表明, 城市地区大气中PAHs、NPAHs和OPAHs浓度明显高于背景地区，而且雾霾天气条件下PAHs、NPAHs和OPAHs浓度明显升高，雾霾天气条件有利于上述物种的累积，并且有利于NPAHs的二次生成。研究区域内NPAHs主要生成途径为OH自由基引发的大气化学反应。背景地区NPAHs的二次生成较城市地区强烈而且夏季NPAHs的二次生成较冬季强烈。研究区域化石燃料和生物质燃烧是PAHs主要的排放源，城市区域机动车排放对NPAHs的贡献较背景区域大。相比于清洁天和雾霾天，生物质燃烧期间NPAHs的二次生成更为活跃，二次生成的途径主要是由OH自由基引发的大气化学反应，但是在生物质燃烧期间，由NO3自由基引发的二次反应更活跃。清洁天、污染天和生物质燃烧期间泰山大气PM2.5中PAHs、NPAHs和OPAHs的浓度分别受长距离传输、局地源和生物质燃烧的影响。相比于清洁天和雾霾天，沙尘天气能促进NPAHs的二次生成。沙尘天期间大气PM2.5中的NPAHs和OPAHs主要受起源于蒙古国和中国内蒙古，途经工业发达的河北省以及渤海湾的气团长距离传输影响。烟花爆竹燃放不能促进NPAHs的二次生成。一次排放为市区宾馆室内外大气PM2.5中NPAHs主要来源，而二次生成主要为郊区宾馆室内外大气PM2.5中NPAHs主要来源，重污染天更利于大气PM2.5中NPAHs的二次生成，而且NPAHs的二次生成主要由OH自由基引发。本项目能够深化对NPAHs和OPAHs二次生成机理的理解；从而为有效控制NPAHs和OPAHs污染，以及治理大气污染，提供理论依据和科技支撑。依托本项目研究成果，目前已发表SCI论文11篇，累计影响因子45.57。