中亚热带森林大气中醛酮化合物浓度变化及来源分析

Carbonyl compounds (carbonyls) are the intermediates in photooxidation of volatile organic compounds and the important components in the photochemical smog as well as the important precursors for the smog, which served as one of the sources of reactive free radicals and possible precursors of secondary organic aerosols. Forthermore, atmospheric carbonyls have directly negative effect on human health.Consequently, during the past three decades, considerable researches abroad have been performed to investigate the atmospheric carbonyls in various environments including urban, rural, forest,coastal and industrial sites, as well as indoor microenvironments and background areas.In those studies, the ambient levels and the temporal and spatial variations of carbonyls were extensively reported.However, the contribution to the atmospheric carbonyls by individual sources was rarely discussed in China except Hong Kong,Shanghai,Guangzhou,Beijing.In this study in forest in the central of subtropical,the major objective was to recognize the pollution levels and source of atmospheric carbonyls, to know the contribution of biogenic emission to atmospheric carbonyls calculated by measureing methacrolein(MACR)and methyl vinyl ketone(MVK) which are the products of isoprene photooxidation,to know relationship among carbonyls, ozone and CO,carbonyl levels in various sites.

醛酮类化合物(carbonyls)是大气中一类重要易挥发性有机物（VOCs），既是光化学烟雾的重要组成成分，也是光化学烟雾形成的重要前体物。此外，醛酮类化合物也是大气中HOx自由基的重要来源，对大气中二次有机气溶胶的形成具有一定贡献，对人体健康具有直接负面影响，在国外早在上世纪八十年代就对大气中醛酮类化合物有较全面的研究，然而在我国对大气醛酮的研究仅在香港、上海、广州和北京等城市进行过研究。本项目对中亚热带森林大气醛酮类化合物进行研究，了解中亚热带森林大气中醛酮化合物的日、季节及年际变化特征；探明中亚热带植物排放异戊二烯对大气中醛酮浓度的影响；了解中亚热带森林大气中醛酮化合物与臭氧，一氧化碳的相互关系；认识不同功能区大气中醛酮的污染水平，探究不同功能区对大气醛酮的贡献。

建立中亚热带森林大气中醛酮类化合物的采样和分析方法，并且对分析方法进行评价；研究中亚热带森林大气中醛酮化合物的日、季节及年际变化特征；开展大气中醛酮化合物的空间变化特征研究；对森林大气中醛酮化合物的来源进行分析；研究植物排放异戊二烯对大气中醛酮浓度的影响。发现⑴在张家界森林大气中，甲醛浓度最高，丙酮次之，乙醛最低，醛酮类化合物的平均浓度冬季最低，夏季最高，春季和秋季的差异较小，在春季、夏季和秋季张家界森林大气中醛酮浓度在中午时间段都出现了一个峰值，醛酮浓度的日变化趋势在冬季不明显，甲醛与乙醛的比值（F/A）平均值为5.23，说明张家界森林大气中醛酮化合物主要来源于植物排放的有机物的光氧化，同时也有人为因素的影响。2014年甲醛秋冬平均浓度为3.78μg/m3，2015年全年为6.18，2016年全年为11.87µg/m3，可以看出甲醛有逐年增加的趋势；⑵景区袁家界（山顶）与黄石寨（山腰）的醛酮类化合物浓度差异不大，景区外居民区浓度均比景区内的高，在居民区，醛酮类化合物主要来源于人为因素，如汽车尾气，餐饮油烟等。省会长沙市区甲醛浓度比景区外居民区稍高，而乙醛和丙酮浓度长沙市区要高景区4倍左右。⑶从大气中醛酮类化合物与CO和O3的相互关系来看，张家界森林大气中醛酮浓度变化和臭氧日变化趋势基本一致，与一氧化碳的相关性较差，说明张家界森林大气中醛酮浓度主要受大气光氧化二次形成的影响。分析主要醛酮化合物的相关性，甲醛、乙醛相关性为极显著正相关，丙酮与乙醛的相关性也极显著水平，说明张家界森林大气中甲醛、乙醛和丙酮的来源大致相同，甲醛和乙醛主要来自森林地区植物释放的挥发性有机化合物光化学反应生成，丙酮的来源除了植物释放的挥发性有机化合物光化学反应生成以外，旅游产业的发展也使得张家界森林大气中丙酮浓度中人为因素所占比例较大。结合降雨前后、降雪前后大气中醛酮污染物浓度以及雨水中醛酮类化合物浓度可知，湿沉降是减少大气中醛酮化合物的重要方式。⑷异戊二烯反应产生的甲醛占所有甲醛浓度的百分比从8:00开始逐渐增加，到中午达到最大，之后由于光照强度减弱，异戊二烯对甲醛的贡献也随之减少。异戊二烯对甲醛的贡献率最低为22.97%，贡献率最高时47.03%，可知夏季植物释放的VOCs的光氧化反应是张家界森林大气中醛酮类化合物的主要来源。