珠三角地区大气液相反应对二次有机气溶胶生成贡献的观测及模型研究

Secondary organic aerosol (SOA) is a ubiquitous and important constituent of atmospheric aerosols in both urban and rural environment, and has adverse impacts on human health, visibility and climate change. Recent studies have revealed that, in addition to the traditional SOA formation mechanism (i.e. gas-phase photochemistry followed by partitioning), atmospheric aqueous-phase reactions could contribute to SOA production, and this multiphase process has recently emerged as an important SOA formation pathway and drawn increasing interest. Our understanding on this atmospheric multiphase process is far from complete, and many uncertainties still remain, including precursors, intermediate products, detailed mechanisms and influence factors. This process may play important roles in the severe particulate and haze pollution in many areas of China, but has not been well addressed. Therefore, we propose a combined field and multiphase modeling study to investigate the SOA production from aqueous-phase reactions in Pearl River delta (PRD) region. The goal is to characterize the major water-soluble carboxylic acids (a surrogate of aq-SOA) and their precursors in this polluted and subtropical region, to comprehensively understand the atmospheric aqueous-phase production process of carboxylic acids, and to evaluate their impacts on SOA formation and air quality. The study will contribute to the ongoing international efforts on atmospheric multiphase chemistry and aqueous SOA formation in polluted Asian environments. The results can be used to improve the performance of current air-quality models, and support the formulation of air pollution control strategies in this region.

二次有机气溶胶（SOA）是大气颗粒物的主要组成部分，在影响人体健康、大气环境、灰霾形成和气候变化等方面都扮演着重要角色。最新研究表明，除传统气相氧化-气粒分配机制外，大气液相反应过程也是SOA生成的重要机制之一。但目前对于液相SOA含量、前体物、中间产物及生成机制等方面的认识还存在不足，需进一步的深入研究。在我国高浓度大气有机气溶胶环境下，目前针对SOA液相反应生成的研究还没有充分开展。本项目拟在高湿度、高光化学和高有机前体物环境的珠三角地区，开展现场观测与大气多相模型协同研究，对液相SOA代表物种-可溶性有机酸及其前体物的理化特征、相互关系和影响因素等进行系统分析，研究气溶胶主要有机酸的液相生成转化机制，并探讨大气液相反应对SOA和灰霾污染的贡献。本研究旨在完善我国典型大气环境条件下SOA液相生成机制的认识，为全面深入研究其对区域空气质量的影响和开展污染控制提供基础数据和科学支撑。

大气二次有机气溶胶在影响人体健康、空气质量、灰霾污染形成和气候变化等方面都有重要作用。各种气态前体物在气溶胶非均相和液相化学过程的重要性已得到科学界广泛关注，但我们对其含量、中间产物和生成机制的认识仍十分有限，需进一步的深入研究。本项目在国家自然科学基金的支持下，在高湿度、高光化学和高有机前体物环境的珠三角地区，选取广东和香港的大气背景站进行野外观测实验，对气态污染物、大气气溶胶和云雾水三相开展同时测量，获得了高质量的、宝贵的数据集。结果发现广东鹤山地区二次有机气溶胶占较大比重，而且二次气溶胶生成对2017年冬季广东灰霾重污染过程形成有重要作用，污染期间氮氧化物在大气气溶胶上非均相反应对二次硝酸盐气溶胶生成也有显著贡献。.通过研究获得了珠三角地区大气气溶胶和云雾水中有机物及可溶性有机酸（甲酸、乙酸、丙酮酸和乙二酸等）的浓度水平和变化特征，证实等大气液相过程对有机酸和二次气溶胶生成有重要作用。通过分析气态前体物羰基化合物和二次有机产物的关系，发现乙二醛可能是香港地区液相SOA生成的重要前体物。通过源解析受体模型和大气化学箱体模型分析，评估了不同来源前体物对二次羰基化合物和有机酸生成的贡献，以及对O3光化学产生的影响。项目通过观测首次获得珠三角地区代表性羰基化合物在气、液和颗粒相三相的分配规律，结果显示单羰基化合物（甲醛、乙醛、丙酮等）主要存在于气相，但在云雾液滴中呈超饱和状态；而乙二醛和甲基乙二醛具有更强的极性和溶解性，在气相和云雾水中都大量存在。项目总结了乙二醛和甲基乙二醛的液相反应机制，从分子水平模拟研究了不同自由基引发的乙二醛和甲基乙二醛的液相反应对有机酸和SOA生成的贡献。依托本项目研究目前已经发表SCI论文5篇，更有多篇论文正在审稿和撰写中。项目在珠三角地区的研究完善了我国典型大气环境条件下SOA液相生成机制的认识，为全面深入研究其对区域空气质量的影响和开展污染控制提供基础数据和科学支撑。