典型山谷城市大气亚微米气溶胶理化特性与霾污染形成机制研究

The city in valley-terrain region in China is usually accompanied with serious air pollution. The formation mechanisms and the seasonal variations of air pollution are all not well understood so far due to the limited high time resolution observations. In this project, using a mobile observatory which is set up with a suite of on-line instruments including Aerodyne high-resolution aerosol mass spectrometer (AMS), scanning mobility particle sizer (SMPS) and photoacoustic extinctiometer (PAX), etc., we will study the physicochemical properties and sources of atmospheric submicron aerosols in a typical valley-terrain and polluted city, Lanzhou, in northwest China. In order to understand the seasonal variations of air pollution, the study will be conducted during summer and winter seasons, respectively, along the ring routes in the city at high time and spatial resolutions. Positive matrix factorization method will be used for source apportionment analysis to characterize the chemical compositions, sources and contributions of submicron aerosols in this city. The formation mechanism and the local evolution process of several heavy haze pollutions in different seasons will be investigated in details based on the high-resolution data. Furthermore, the contributions of various aerosol sources including local primary emission, regional transport and secondary formation to these haze pollutions in the urban-regional scale will be assessed. This project will not only present unique air pollution data for the typical valley-terrain city, but also provide scientific suggestions for the local government on making the strategies for prevention of haze pollutions.

为克服以往典型山谷城市大气污染物理化特性观测时空分辨率的不足，本项目拟在前期定点观测研究的基础上创新性采用移动在线观测手段，在不同季节（夏季和冬季）对典型山谷城市兰州市开展高时间分辨率（5秒）大气气溶胶综合移动在线观测，探讨不同季节、不同区域大气亚微米气溶胶理化特性及其对山谷盆地重霾形成的作用。通过对亚微米气溶胶进行来源解析，追溯兰州市不同季节、不同区域大气气溶胶的理化特性、来源及其排放源贡献差异。利用高时空分辨率移动观测的快速捕捉和精细刻画，多角度分析山谷城市不同季节典型霾污染的成因和演化机制，认识区域输送、局地排放和二次生成等多源污染对兰州市大范围霾污染的各自贡献量，并探索其城市-区域尺度的污染物循环规律。通过项目实施，对兰州不同区域、不同季节的大气气溶胶理化特性和污染状况给出全面分析和定量评估，为当地政府制定大气霾污染防治策略提供科学建议，并为我国大气化学的发展提供独特的数据支持。

兰州市是我国西北重要的工业城市，地处狭窄的黄河河谷盆地，多年来大气污染问题一直比较突出，特别是冬季雾霾污染仍频繁发生。尽管针对兰州市冬季雾霾污染在过去几年也开展了大量的观测研究，但这些观测主要集中在主城区的单点位定点观测，缺乏对整个城市大范围区域雾霾污染特征空间分布和污染物来源差异的精细刻画。. 本项目利用移动走航观测手段，首次在兰州市冬季重霾污染期开展了涵盖四个主城区大范围区域的高空间分辨率的气溶胶理化特性观测研究，认识了整个城区城市尺度的污染物特性、来源和生成机制的空间变化和区域差异。总体来看，西固工业区亚微米气溶胶（PM1）的质量浓度最高，主要以二次气溶胶（包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐和两个氧化类有机组分）的贡献为主（70.4%），其中硫酸盐和高氧化类有机气溶胶是白天西固区重霾污染期间PM1质量升高的主要贡献者，而硝酸盐和低氧化类有机气溶胶则在夜间占主导地位。相比较，城关主城区PM1质量浓度相对较低，且主要以来自于交通、餐饮和供暖活动排放的一次有机气溶胶贡献为主。此外本项目也对新冠疫情前后兰州市大气污染特征变化进行了观测研究，结果表明疫情封锁期间兰州市大气亚微米气溶胶质量浓度下降了约50%，且以二次组分下降为主（占70%），主要与二次组分生成速率降低有关，这与东部沿海城市疫情封锁期间显著加强的大气氧化性和二次组分生成明显不同。本项目研究结果为开展兰州市城市尺度的污染物空间分布模拟和评估工作提供了良好的基础数据，也为当地政府制定更为有效的、不同功能区差异化的污染防控策略提供了科学建议。