北京市区灰霾天气时大气亚微米粒子的化学组分与质量吸湿增长特性研究

区域性的灰霾污染是全球性的气候与环境问题，灰霾天颗粒物质量浓度飙升，而质量浓度是目前空气质量标准和颗粒物研究最重要的指标之一，颗粒物在一定的大气湿度下吸湿而产生的质量的增长可达一倍以上，颗粒物吸湿性与其化学组分紧密相关，尤其是有机物对颗粒物吸湿性存在非线性影响，因此颗粒物的化学组分、吸湿特性、含水量等参数是研究灰霾形成机理的重要因子。目前我国颗粒物吸湿性研究尚不充分，城市灰霾天颗粒物质量吸湿增长尚未涉及，因此，拟采用气溶胶质谱并联可控湿度过滤膜和热导色谱系统，对灰霾天的亚微米粒子（PM1）进行化学组分分析，含水量检测和吸湿特性控制实验，定量描述PM1质量吸湿增长对灰霾天颗粒物质量浓度的贡献，获取典型灰霾天PM1吸湿性特征，掌握PM1吸湿性与化学组成的关系，为灰霾成因机制研究和空气质量模式发展提供基础数据，研究结果对于研究云水化学和物理、人工影响天气和对大气辐射及气候等方面也具有重要作用。

本项目是针对灰霾天的关键污染物进行的深入研究，尤其是颗粒物的化学组分、吸湿特性、含水量等参数是研究灰霾形成机理的重要因子。采用气溶胶质谱并联可控湿度过滤膜和热导色谱系统，对灰霾天的亚微米粒子（PM1）进行化学组分分析，含水量检测和吸湿特性控制实验，定量描述PM1质量吸湿增长对灰霾天颗粒物质量浓度的贡献，获取典型灰霾天PM1吸湿性特征，掌握PM1吸湿性与化学组成的关系。本项目按计划第一阶段进行分析预研究数据，完成设备并联组装调试，开展连续在线观测并建立观测数据库，使用高分辨率气溶胶飞行质谱仪(HR-ToF-AMS）在北土城路大气物理所铁塔分部进行多次灰霾观测。观测的主要内容有PM1化学组成及粒径分布的时间序列，包括硝酸盐、硫酸盐、氯盐、铵盐和有机物。第二阶段按计划继续进行观测工作，对PM1. 0中的有机组分进行连续观测；深入分析颗粒物含水量相关数据，挖掘含水量与颗粒物化学成分之间的关系和变化规律。第三阶段在持续观测的同时，与相关研究人员共享发布了观测数据，总结发表了文章，执行了多项课题验收准备工作，继续进行细颗粒物的化学成分与吸湿性含水量等得观测，利用AMS开展高时间分辨率灰霾粒子化学组成分析、气溶胶理化特性与大气相对湿度之间的关系，认知气象条件和大气边界层结构对霾形成的临界条件。建立了灰霾天PM1化学组分、吸湿特性、其他气态前体物、大气边界层结构和气象参数的同步综合数据库；阐明了北京灰霾天PM1质量浓度吸湿增长对灰霾天颗粒物质量浓度贡献率以及与其自身化学组分、其他气态前体物、大气边界层结构和气象参数等影响的定量关系；建立HR-TOF-AMS并联GC-TCD与可控湿度过滤膜采样同步检测PM1的化学组成与吸湿特性的方法。本课题项目按任务书阶段性安排完成了工作，取得了大量数据，掌握了亚微米颗粒物的理化特性与吸湿增长等特点规律，发表文章共11篇，其中SCI论文7篇，累计影响因子18.7以上，达到了既定的目标。