基于气团年龄研究光化学污染期间二次有机气溶胶的生成及来源

Secondary organic aerosols (SOA) formed from common anthropogenic and biogenic volatile organic compounds (VOCs) account for a significant portion of particulate organic matter (POM) in the ambient atmosphere. Estimation of SOA and the source apportionment is the key step to investigate the formation mechanism of SOA. The present study would develop a photochemical-age-based parameterization method for the estimation of SOA and identification of the anthropogenic VOCs precursors, which used measured mixing ratio of VOCs, organic carbon (OC) concentration and photochemical age of the sampled air mass. The photochemical age was firstly estimated by the evolution of the anthropogenic precursors of SOA, which was further used to estimate the formation of ambient SOA and chemical loss of VOCs. The SOA formation of each precursor was then obtained by the product of its chemical loss and the localized precursor-photochemical-loss-SOA relationship from chamber experiments. The OC/EC ratio method was also employed to study the SOA formation, aiming to evaluate the feasibility and uncertainty of SOA estimation by the photochemical-age-based parameterization method. The result would give a better insight into the ambient SOA formation during photochemical process and would be helpful to facilitate the scientific control strategies of the secondary air pollution in urban city.

挥发性有机物（VOCs）经大气化学转化生成的二次有机气溶胶（SOA）是大气有机颗粒物的重要组成，SOA生成机制的研究是当前大气化学领域研究的热点和难点。本项目围绕光化学污染期间大气SOA的估算及来源识别方法开展研究，旨在从SOA人为前体物VOCs大气光化学消耗着手，以上海光化学污染为研究对象，建立环境气团光化学年龄与颗粒有机碳（OC）和人为VOCs浓度的参数化关系，估算光化学污染期间SOA的生成总浓度及各人为前体物VOCs的消耗浓度，并结合环境大气中VOCs消耗与SOA生成的定量关系，研究各人为VOCs光化学消耗对SOA生成的贡献。对比分析OC/EC比值法与本研究方法对SOA总浓度的估算结果，评估基于气团年龄估算光化学污染期间SOA生成总量的可行性和不确定性及其影响因素。研究结果将是现有SOA定量及来源识别方法体系的有益补充，为研究夏季频发的光化学污染对SOA生成的影响提供了技术支撑。

光化学转化是大气二次有机气溶胶（SOA）生成的重要途径。本研究基于上海典型光化学污染物期间挥发性有机物（VOCs）以及颗粒有机碳（OC）等同步观测资料，研究了光化学转化对VOCs 消耗的影响及其对二次有机碳（SOC）生成的贡献。结果表明，光化学污染期间，臭氧浓度与OC浓度呈现明显的正相关，但是与VOCs浓度呈明显负相关。研究建立了基于光化学年龄的OC浓度表征方法，量化了光化学污染期间SOC、一次有机碳（POC）以及背景OC（BgOC）的浓度；建立了基于光化学年龄的VOCs浓度表征方法，计算得到了VOCs的光化学消耗浓度。基于气粒平衡理论，改进了环境大气VOCs生成SOA产率的修正方法，并基于此计算了不同VOC组分光化学消耗生成SOC的浓度。结果表明，光化学污染期间SOC浓度占比高达49%，VOCs光化学转化生成的SOC占其中的64%，尤其是在光化学过程最为活跃的午间，VOCs光化学转化生成的SOC可占总SOC的74%；芳香烃光化学转化是VOCs生成SOA的最主要来源。采用本研究建立的方法，基于上海VOCs排放清单计算了VOCs光化学转化对SOC的贡献，结果表明，基于清单的VOCs对SOA贡献值约是基于观测的VOCs对SOC贡献值的2.7倍；此外，基于清单得到的不同VOCs组分对SOC的贡献比例与观测结果也存在一定差异。本研究表明，芳香烃是上海光化学污染季节SOC的重要前体物来源，现有VOCs排放清单可能存在一定程度的高估，排放清单的组分及源排放成分谱未来也有必要进一步深入研究。研究结果对上海SOC防控及VOCs减排有一定的应用价值。