城市近地面大气静电环境中空气离子与颗粒物相互作用

Air ion links with aerosol closely. Atmospheric electric field is sensitive to the variation of air pollution. The city has rich anthropogenic sources of charged air ions. This project mainly uses the measurements of field observation to study the interaction of air ions and particles in atmosphere electrostatic environments near the ground in urban areas. The main contents include (1) air ion concentrations and relevant influence factors, the variation synchronization between air ions and particles and trace gases,(2)the frequency and characteristics of new particle formation events, the role of air ions in the formation of new particle formation,(3)the changes of particle physical, chemical and optical properties during the periods excluding new particle formation, the impact of air ion on particle aging,(4)the effects of trace gases especially organic VOCs on new particle formation and particle aging,(5) the interaction between boundary layer atmospheric environment, air ions and air pollution, focuses on the feedback between the boundary layer and atmospheric pollution and its impacts on air ion, the influence between air electrostatic field and air ion, and the relationship between air ion and air pollutant evoluation. The research results will contribute to deepen the understandings of the formation mechanism of atmospheric secondary particles and air pollution weather.

空气离子与气溶胶关系密切，大气静电场能够敏感反映空气污染的变化。城市拥有丰富的空气带电离子人为排放源，本项目主要利用外场观测手段，针对城市地区近地面大气静电环境中空气离子与颗粒物的相互作用进行探索研究。主要内容包括空气离子浓度水平及影响因素，空气离子时间变化规律及其与颗粒物、痕量气体的同步关系；新粒子形成事件的发生频率和特征，空气离子在新粒子形成事件中作用；非新粒子形成时期颗粒物理化、光学及带电特性演变，空气离子与颗粒老化的相互影响；痕量气体特别是有机物VOCs在新粒子形成和颗粒老化过程中作用；边界层大气环境、空气离子、大气污染物三者之间相互作用，重点是边界层与大气污染物的反馈关系及其对空气离子影响，大气静电场与空气离子相互影响，以及空气离子与大气污染物演变的关系。研究结果将有助于加深了解大气二次颗粒物和大气污染天气的形成机制。

课题组认真执行了项目计划的各项任务，详细研究城市近地面大气静电环境中空气离子与颗粒物相互作用，到2018年底顺利完成所有研究内容，基本上达到预期的科研目标。.课题组积累了大量近地面观测的在线数据，主要包括空气离子、静电场、痕量气体、气溶胶颗粒物等相关资料，侧重分析晴空大气电场、带电离子与近地面颗粒物（PM2.5）浓度之间的关系；研究城市下垫面大气中新粒子事件的发生频次和规律，以及其对颗粒物微观特性的影响，特别是区分白天和夜间情形；厘清新粒子事件与灰霾的联系，分析挥发性有机物VOCs、带电离子在二次气溶胶形成中的作用；对比空气离子变化与颗粒物理化、光学特性、CCN活性演变的同步关系。研究发现：在污染情况下，大气电场、带电离子与污染物PM2.5呈现明显的正相关，电场强度可能作为空气污染的指示；新颗粒生成及VOCs对污染的形成贡献作用很大；VOCs的活性及区域分布与来源对二次形成颗粒物贡献很大，VOCs的研究对污染物及大气电场变化提供了前提基础；大气理化过程及大尺度因素对颗粒变性及CCN活性改变非常重要，特别是二次气溶胶形成、内混合（表面吸附和化学反应）。目前有关城市环境中空气离子与大气颗粒物的相互作用研究有限，未来需要加强研究空气离子对颗粒物演化过程影响的机制，增加实验室模拟研究的辅助，重点关注大气电场对二次气溶胶转化的调控作用。本项目的顺利完成，为后期此领域相关研究的开展和深入奠定了较好的基础。目前，课题组已经发表科技论文22篇，都收录在SCI期刊，且多篇文章出版在地学或环境类ACP、ES&T、EP、STE等著名刊物上，培养硕博士研究生4人。