珠三角大气有机硝酸酯生成的主控因子及对二次有机气溶胶的贡献

Organic nitrates are a key component of atmospheric secondary organic aerosols (SOA) and an important reservoir for reactive nitrogen species. It can significantly impact the regional haze pollution and atmospheric oxygenation capacity. Due to the limited measuring techniques, organic nitrates are less understood. Recent studies indicate that the importance of organic nitrate formation could be underestimated in SOA simulation. Therefore, this study plans to focus on organic nitrates’ contribution to the SOA. A field campaign will be performed to measure chemical properties of submicron aerosols (PM1) and volatile organic compounds (VOCs) using high resolution mass spectrometry. The mass concentration and temporal variation of organic nitrates will be quantified, as well as their sources. The key control factors of organic nitrate formation will be identified in daytime and nighttime under different ambient conditions. Hence, their chemical transformation will be further explored in molecular level. The contribution to the SOA from organic nitrates will be evaluated accordingly. The scientific findings of this work are expected to support the prevention and control of the atmospheric complex pollution in the Pearl River Delta (PRD).

有机硝酸酯是大气二次有机气溶胶（SOA）中的关键组分和活性氮氧化物的重要储库分子，可对区域灰霾污染形成及大气氧化性产生重要影响。受测量手段限制，目前对有机硝酸酯的认识仍然非常有限，现有观测结果证明SOA研究中很可能低估了有机硝酸酯的重要性。因此，本项目拟聚焦有机硝酸酯对SOA生成的贡献，开展外场观测，利用高分辨率质谱技术对亚微米级颗粒物（PM1）和挥发性有机物（VOCs）进行同步测量，量化PM1中有机硝酸酯的浓度水平和时间变化规律，解析其来源，识别不同大气条件下日间和夜间有机硝酸酯生成的主控因子，探讨分子水平上有机硝酸酯的化学转化过程，评估有机硝酸酯生成对SOA的贡献，为珠三角大气复合型污染防控提供科学支撑。

大气中的颗粒态有机硝酸酯是连接挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NOx）、二次有机气溶胶（SOA）及臭氧的关键物质，可对区域灰霾污染形成及大气氧化性产生重要影响。受测量手段限制，目前对有机硝酸酯的认识仍然非常有限，现有观测结果证明SOA研究中很可能低估了有机硝酸酯的重要性。因此，本项目聚焦有机硝酸酯对SOA生成的贡献，基于2018年、2019年两期珠三角秋季外场观测，利用高分辨率质谱技术对亚微米级颗粒物（PM1）和挥发性有机物（VOCs）进行同步测量，对PM1中有机硝酸酯的浓度、来源及生成过程、主要VOC前体物及主要生成影响因素开展了深入分析。根据观测数据，珠三角秋季城区及乡村大气颗粒态有机硝酸酯（硝酸盐部分）浓度相当，分别为0.48和0.50µg/m3；城区大气中有机硝酸酯主要来自日间光化学过程，而乡村地区夜间生成现象明显，且受到当地生物质燃烧过程影响；无论在城区还是乡村地区，日间苯系物（间\对二甲苯、甲苯）和异戊二烯均为生成有机硝酸酯优势物种，而在夜间，苯乙烯均为首要的有机硝酸酯生成贡献者，其次是异戊二烯、丙烯和戊烯等烯烃类化合物；城区的有机硝酸酯（1.4%）在一次排放中占比低于乡村地区（5.2%），对SOA贡献持平（3.9% vs 4.1%），而在城区有机硝酸酯对总硝酸盐的贡献高达16.5%，比乡村地区（14.6%）略高；大气氮氧化物及大气氧化性参数Ox可能是影响有机硝酸酯生成转换的重要因素，低RH可能抑制有机硝酸酯的气粒转化过程。本研究结果加深了对大气有机硝酸酯生成机制的理解，可为复合型污染地区颗粒物与臭氧的协同控制策略制定提供科学基础。