气溶胶对夜间大气化学过程和NOx清除率影响研究

夜间大气化学与日间相比有着完全不同的过程，由于缺乏光解，NO3成为夜间大气中一种重要的自由基，对夜间大气氧化过程起着关键作用；N2O5与NO2和NO3之间的相互转化，使得N2O5在气溶胶表面的水解成为夜间大气清除NOx的主要途径之一。而气溶胶酸度、成分和表面积密度等特性对上述过程有重要影响。本项目针对夜间大气化学过程和气溶胶、NO3和N2O5等痕量成分，以NO3自由基为关键因子，利用多光路差分光学吸收光谱（DOAS）技术和气溶胶采样方法，在同一个实验中构建不同高度的研究平台，可同时在不同高度对NO2、NO3、HONO、O3和SO2等痕量气体和气溶胶进行实时测量和采样，比较不同高度这些污染物的浓度变化，研究气溶胶对NO3和N2O5在大气中寿命的影响，探索不同高度气溶胶酸度、组分和表面积密度等特性对夜间大气化学过程的影响和对NOx清除过程的影响，揭示气溶胶对夜间大气氧化潜力的影响。

利用自制的多光路DOAS首次研究了上海市近地面大气中NO2、 SO2、HONO和O3的空间分布，利用安德森气溶胶采样器，分别在22米和44米高度对气溶胶的质量浓度和成分特性进行了测量研究。同时，项目利用双波段的DOAS系统对大气中的NO2、O3、NO3等与气溶胶之间的关系进行了长期的观测和研究，分析了气溶胶对NO3的寿命影响以及NO2从大气中清除率的影响。.项目研究的主要结论有：.1）NO2、HONO、O3和SO2等在近地面有明显的浓度分布，其中NO2和SO2均是在55m左右的高度分布达到最大值，而HONO和O3则是在最高层（77m左右）浓度处于最大值，说明HONO和O3主要是污染物向上扩散过程中，经过大气化学过程生成的二次污染物。而NO2则主要来自于机动车排放的NO经大气氧化后的产物。.2）NO3的平均寿命为129.8s（秋季观测），NO3的间接清除效果要远大于直接清除。气溶胶浓度与NO3寿命有显著的反相关关系，说明气溶胶对NO3的清除有明显的加速作用。特别是在污染天气情况下，气溶胶浓度对NO3寿命影响更加明显。观测结果表明，对于一定的空气气团而言，在10个小时的夜晚时间内，大约有80%的NO2会从其中消除掉。.3）夜晚，NO2会在水汽的作用下反应生成HONO，由于气溶胶能够提供反应表面，因此，气溶胶的存在会加速HONO的生成。清晨，在太阳光的作用下，HONO会快速发生光解产生OH自由基，进而影响大气中臭氧的浓度，在日出后的3小时内，大约有41%的HONO被光解，其损耗率大约是0.17 ppb/h。.4）夏季具有明显较高的细颗粒污染特征，说明夏季大气化学反应对细颗粒污染的显著贡献。夏季其他粒径颗粒物中SO42-和NO3-离子的浓度均显著高于秋季的对应值。晚上气溶胶颗粒物上SO42-和NO3-离子的浓度增幅显著大于白天的浓度增幅，说明夜晚的条件更加有利于SO42-和NO3-离子的反应生成。.与本项目相关研究目前已经完成13篇文章，其中，已发表SCI论文5篇，被录用待发表SCI论文3篇，正在评审SCI论文1篇；发表会议文章4篇，其中一篇为全国会议分会分会场邀请报告；申请3项发明专利，其中2项已经授权，1项受理。