应用SP-AMS研究南京地区亚微米颗粒物污染特征及来源

Recently, air pollution in Yangtze River Delta becomes increasingly severe along with the rapid development of economy, yet our current understanding on behaviors/characteristics of the atmospheric pollutants in this region is very limited. This project will utilize an advanced soot particle - aerosol mass spectrometer (SP-AMS), which was developed very recently by Aerodyne Research Inc., for the first time, to characterize the atmospheric submicron aerosols (PM1) in Nanjing area. This instrument is able to simultaneously measure the concentrations, chemical compositions and size distributions of ambient fine particles in real-time and in a fine time resolution (a few seconds to minutes). The instrument will be deployed in Nanjing City both in summer and winter seasons, with each field campaign lasting about one month and covering both hazy and non-hazy days. In-depth analyses and source apportionment of the aerosol mass spectral data will enable us to understand more thoroughly the characteristics of PM1 in this region, including concentration levels, emission sources and contributions, atmospheric transformation processes, seasonal variations and compositional differences between hazy and non-hazy days, etc. These results will have great implications for the government and industry to implement effective control measures to reduce the atmospheric pollution in this region. Our findings are also important in understanding the formation mechanisms and aging processes of fine aerosol particles in the atmosphere.

近年来，伴随着经济的飞速发展，长三角等地空气污染也日趋严重。然而，目前对于该区域大气污染物污染机制等的研究还有较大不足。本项目依托江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，以南京为典型城市，首次使用目前世界上较为先进的Aerodyne公司研制的黒碳（Soot particle） -气溶胶质谱仪（SP-AMS），对该地区亚微米细颗粒物（PM1）的污染情况进行研究。本项目拟选择夏冬两季的灰霾频发期进行两次外场观测，同步在线采集霾天及非霾天中PM1浓度、成分、粒径等数据，通过对所得数据进行分析及源解析，深入了解该地区PM1浓度水平、变化规律、来源与贡献、大气转化机制，及其霾天非霾天区别等，为该地区空气污染治理的方向和政策制定提供科学翔实的数据支撑。这些结果还可加深我们对于气溶胶污染机理与化学演变过程的科学认知，具有重要的科学意义。

我国长三角地区是细颗粒物污染严重的地区之一，本项目利用国际先进的高分辨率在线黑炭-气溶胶质谱仪（SP-AMS）对南京地区亚微米气溶胶(PM1)污染情况进行观测研究，为区域灰霾治理提供科学依据。依照项目计划，课题组完成了相关研究任务，取得一些重要成果主要包括：1）南京城区春季PM1平均浓度较秋冬季低，成分以有机物为主，其次为硫酸盐和硝酸盐，黑碳比重偏大约为十分之一，原因之一是局地夜间建筑用柴油车排放所致；PM1组分约贡献44%的大气消光；源解析指出有机物来源主要包括交通、烹饪及二次生成，其中二次有机物占主导地位（55%），并主要由光化学反应生成，且存在半挥发性二次有机物向低挥发性二次有机物的化学转化。2）夏季PM1浓度受降雨影响，浓度较低；成分仍以有机物为主，来源与春季类似；研究发现夏季有部分有机物气溶胶挥发性较高，可能来自于液相氧化生成。3）在南京北郊开展了冬季实验，与城区不同，北郊工业区附近浓度偏高，且无机物占据极大比重（75%），硫酸盐和硝酸盐基本各占四分之一；有机物来源更为复杂，主要包括交通、工业、烹饪及二次生成，其中二次源包括特殊的局地、及半挥发性和低挥发性源。与春季不同，研究发现水汽对于硫酸盐、硝酸盐及二次有机物的生成有十分重要的作用，是冬季南京地区灰霾加重的很重要的作用；4）在冬季实验中，本研究首次在我国大气中发现了一类特殊污染物-富勒烯碳簇的存在，并且定量揭示了其浓度水平以及潜在来源，这也为富勒烯环境化学的研究提供了一种新的方法。这个工作被评选为环境领域顶级期刊Environ.Sci.Technol.Lett.2016年度的最佳论文。总体来看，本项目的实施加深了我们对于以南京为代表城市的长三角地区大气灰霾成因及来源的科学认知，相关数据和结论也有助于区域大气污染治理措施的制定，有着较好的应用价值。