华南地区云雾过程对二次有机气溶胶生成贡献的观测研究

Secondary Organic Aerosols (SOA) account for a significant fraction of ambient fine particulate matter, which has adverse impact on human health, deteriorates air quality, and disturbs global radiative balance. The formation mechanisms and precursors of SOA are complex and varied. Therefore, understanding the formation, properties and transformation of SOA is one of the hot topics as well as one of the most challenging areas in the atmospheric chemistry research. It is well established that a major pathway for SOA formation is via the partitioning of the gas-phase photochemical oxidation products into the preexisting organic aerosol. Recent studies have highlighted the importance of aqueous phase SOA formation. However, the precursors and their chemical processing of aqueous organic aerosol formation remain poorly understood. In this project, we propose to conduct intensive field observations to evaluate SOA formation through the aqueous phase reactions in South China, where it is characterized with high relative humidity and strong photochemistry. We will establish a cloud/fog processing observation platform for determining the loading of air pollutants in a high time resolution, including cloud/fog droplet residues, interstitial particles, volatile organic compounds (VOCs), intermediates etc. By combining with the off-line sampling analysis, we will obtain the concentration level and pollution characteristics of aqueous organic aerosols, precursors and intermediate products, and will identify and quantify the contribution of SOA from aqueous phase reactions. The project will aim at illustrating the relationship between SOA formation and its precursors, the key impact factors and chemical process for aqueous SOA formation through integration analysis of field observation data sets. It will deepen our understanding on the aqueous phase SOA formation mechanisms and its role in the regional air quality and haze formation. The results will provide valuable information for the air quality management in this region.

二次有机气溶胶（SOA）是大气细颗粒物的重要化学组成，对人体健康、空气质量和全球辐射平衡等有着重要的影响。SOA由于其前体物种类繁多，形成机制复杂，其相关研究成为大气化学领域的前沿科学问题和难点之一。研究表明，除了传统的气-粒转化生成SOA外，大气液相反应过程被认为是SOA生成的另一种重要途径，目前对该生成途径的机理研究还非常缺乏。本项目拟在我国华南地区开展云雾过程的SOA液相反应生成研究，通过建立云雾过程观测实验平台，对云雾滴溶质、云雾间隙颗粒物、挥发性有机物、中间产物等进行在线观测。结合离线采样分析，获得区域内液相反应SOA组分，主要前体物和中间产物等浓度水平和污染特征，量化液相反应对SOA生成的贡献。项目将通过对观测数据的集成分析，揭示液相SOA生成与其前体物的相互关系、气液转化过程及影响因素，进一步认识液相化学反应生成SOA的机理。研究结果可为该地区的大气复合污染治理提供科学依据。

二次有机气溶胶（SOA）是大气细颗粒物的重要化学组成，对人体健康、空气质量和全球辐射平衡等有着重要的影响。SOA由于其前体物种类繁多，形成机制复杂，除了传统的气-粒转化生成SOA外，大气液相反应过程被认为是SOA生成的另一种重要途径，目前对该生成途径的机理研究还非常不足。本项目在我国华南地区开展云雾过程的SOA液相反应生成研究，通过在广东天井山利用逆流虚拟撞击器结合在线气溶胶质谱测量技术，建立了高山云雾过程观测实验平台，以及利用城市600米高塔，开展了针对云雾过程的大气气溶胶化学外场观测研究。项目取得的重要研究结果如下：（1）利用逆流虚拟撞击器结合在线测量技术，建立云雾过程综合观测实验平台，能够测量云雾滴残余（Residual）和间隙（Interstitial）及环境颗粒物（Ambient，无云雾）中非难熔PM1（NR-PM1）的主要化学组分（SO42-、NO3-、NH4+、Cl- 和Organics）；（2）研究了华南地区有机气溶胶的污染特征和解析了三类不同的有机物（HOA、LO-OOA和MO-OOA），获得了华南地区有机气溶胶的浓度水平、时间变化特征。发现了云雾过程能促进云残余颗粒物中SOA生成和老化。获得了城市地区有机气溶胶的垂直分布特征，发现了低空的云过程夜间发生了剧烈的液相化学反应，第二天白天光照液滴挥发剩余残留的固态颗粒物在垂直风的作用向下输送，加剧了地面的气溶胶污染程度；（3）通过外场观测研究揭示了华南地区液相化学生成SOA的机制及其关键影响因素。发现了光氧化作用促进云残余颗粒物中MO-OOA的形成，夜间和白天•OH自由基均是生成高氧化态SOA的主要氧化剂。证实了活性有机前体物(如异戊二烯)的氧化产物被酸性云滴吸收生成LO-OOA，之后在云滴中被•OH进一步氧化成MO-OOA的云雾滴多相氧化过程。发现了城市长链二元羧酸在垂直向上输送过程断链成低分子量二元羧酸现象以及草酸主要来自于云内液相化学反应过程。本项目的实施深化了对液相反应生成SOA的机制和贡献的认识，可为大气化学模式提供外场观测数据，也为我国华南地区的大气复合污染成因和治理提供科学依据。