西南喀斯特地区城市和森林大气有机气溶胶的分子组成和三维荧光光谱特征

大气有机气溶胶研究，尤其是二次有机气溶胶及其标志物的研究是当前国际大气化学领域的研究热点。在我国，对于西南喀斯特地区的生物地球化学循环过程已有系统地阐述，然而对其大气化学、尤其是有机气溶胶方面的研究相对匮乏。本课题拟对该地区贵阳市和茂兰原始森林大气中有机气溶胶的分子组成、粒径分布、三维荧光光谱特性及其季节性变化等进行系统地研究。采用稳定碳和氮同位素分析相结合，利用有机气溶胶的分子标志物浓度、同位素比值、以及三维荧光光谱图中类蛋白荧光、类腐殖酸荧光和类富里酸荧光等各光谱组分之间的相关关系，研究该地区大气气溶胶的来源、组成和演化过程、季节性变化规律、气溶胶与土壤之间的"源/汇"关系等。目的是从过去人们所忽视的大气化学的角度，来理解和审视喀斯特地区大气环境－气候－人类活动之间的相关性，为区域大气环境保护和改善提供科学依据。

利用三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、气相色谱以及气相色谱-质谱联用以及稳定C和N同位素质谱等技术，对我国西南喀斯特地区城市和森林大气气溶胶进行了系统研究。结果显示，贵阳市和成都市冬季大气中含量最高的有机物——草酸浓度均高达1000 ng m-3，其中对苯二甲酸浓度夜晚比白天高，说明城市塑料垃圾焚烧的贡献在夜间更显著。其中，硫酸盐与二元酸浓度之间具有很强的正相关，表明气溶胶酸性在二元酸形成过程中扮演着重要角色，尤其是在相对湿度较高的情况下。三维荧光光谱分析揭示了贵阳市雨水中含有大量的类蛋白物质，而荔波原始森林大气气溶胶水溶性有机碳的三维荧光光谱则在降水过程中观测到类蛋白荧光增强现象。利用在线生物气溶胶检测器验证了降水过程中生物气溶胶颗粒与非生物气溶胶颗粒的相对比例，发现生物气溶胶在不同粒径段的相对比例在降雨前后差异显著。荔波森林大气气溶胶在降水过程中的稳定氮同位素比值降低，结合空气团后向轨迹分析显示受到海洋气溶胶的影响。本研究增进了对生物气溶胶在城市和森林大气中循环的理解，丰富了人们对降水过程中森林和城市大气气溶胶中有机质来源的认识。