海源有机物排放及其对大气气溶胶特性影响的研究

Marine organics have considerable influence on the concentrations, chemical compositions, chemical and physical properties of atmospheric aerosols as well as the regional air quality in the coastal area. Till now research on marine organic emissions and its impact on the air quality in the Chinese coastal region is scarce. This project is proposed （1）to conduct estimation of marine organic emissions including marine primary organic aerosols (MPOA) and marine volatile organic compounds (MVOCs) over the South China Sea (SCS), and (2)to analyze the contribution of marine organics to atmospheric aerosols in the coastal region of South China. Laboratory simulation and on-site measurement will be conducted to investigate the capability of organic emissions from major phytoplankton species in SCS. Based on the relationship between marine organics and phytoplankton, satellite images of chlorophyll-a will be used to classify the phytoplankton species and to estimate the emissions of marine organics (MPOA and MVOCs) over the SCS. Furthermore, marine organic emissions are implemented into the community multi-scale air quality model (CMAQ) and to analyze the contribution of marine organics to coastal atmospheric aerosols in South China under different senarios.

海源有机物的排放会影响沿海地区大气气溶胶的浓度、化学组成和性质等，进而影响区域空气质量。目前我国依然缺乏对海源有机物排放及其对沿海地区大气环境影响的系统研究。本研究拟以南海海域为研究区域，开展海源有机物（包括海源一次有机气溶胶和海源挥发性有机物）排放的估算并研究其对华南沿海地区大气气溶胶特性的影响。本研究将通过实验室模拟和实地观测等手段研究南海海域主要浮游植物种类排放海源有机物的能力。在此基础上，利用卫星遥感海洋叶绿素数据，开展海源一次有机气溶胶和海源挥发性有机物排放的估算。同时应用通用多尺度空气质量模型（CMAQ），通过不同情境的模拟，研究海源有机物排放对南海沿海地区大气气溶胶特性的影响。本研究旨在为全面深入研究海源有机物的排放来源、强度、对海洋边界层大气化学过程和对区域大气环境的影响等提供基础数据和理论支持。

海源有机物排放会影响大气气溶胶特性，进而影响区域环境空气质量。本项目利用固定站点和走航观测，对南海沿海、近岸和开放海域大气挥发性有机物和大气气溶胶化学组分的浓度、组分、时空变化等特征开展了研究，并通过模型模拟等手段研究了大气有机物的来源、环境过程和影响等。结果显示：（1）分析了大气气溶胶中典型有机物包括非极性有机物（Non-polar organic compounds, NPOCs）和有机磷酸酯（Organophosphate esters, OPEs）、水溶性离子组分、碳气溶胶组分以及稳定碳氮同位素等。NPOCs研究表明，海陆源贡献差异是海洋有机气溶胶特征变化的主要原因。中国南部、东南部地区生物质燃烧的远距离传输是南海海域非极性有机气溶胶的主要来源，而化石燃料燃烧和陆地植物排放的影响也不可忽视。对南海西部气溶胶中水溶性离子和稳定碳氮同位素的分析显示，海洋大气过程对有机气溶胶的组成存在影响。陆源有机污染物（以OPEs为例）可通过干湿沉降过程对南海海洋环境造成影响，估算其在南海北部海域的年干沉降量为4.98吨。在沿海站点研究了PM2.5样品中的主要化学组分及其时间变化特征，并结合后向拉格朗日颗粒物扩散模拟研究了主要的源区。远距离传输对PM2.5浓度的上升有较大贡献，但在某些时段不能排除本地贡献。同时利用IMPROVE公式重建了PM2.5消光系数，并探讨了公式的本地适用性。（2）研究了上述区域典型时段的挥发性有机物特征。南海海域的研究发现挥发性有机物受OH氧化作用和气团混合稀释共同影响，而生物排放的挥发性有机物受远距离传输的影响小。沿海站点研究发现挥发性有机物的浓度存在明显的季节变化。夏季海洋气团对挥发性有机物稀释作用明显，但对部分挥发性有机物组分存在贡献。陆源远距离传输是南海海域气态污染物（以PFASs为例）的主要来源。通用多尺度空气质量模型对 PFASs降解贡献的估算表明OH反应对污染物的大气降解具有重要作用。执行期内发表SCI论文5篇，另有成果在整理发表中。研究成果可为全面深入研究海源有机物的排放来源、强度、区域大气化学过程和环境影响等提供基础数据和理论支持。