大气中关键含碳组分来源及转化的量化研究

The carbonaceous species are essentially important for the formation of air pollution complex and climate change. However the processes from the emissions of carbonaceous species to the environmental effects via chemical conversion cannot yet be quantified. The project will, aimed at the atmospheric chemical mechanisms of emissions affecting light extinction and radiative effects of carbonaceous species: (1) Based on improving the understanding of emission characteristics of fugitive sources, to establish the integrated source inventories of gaseous, semi-volatile and particulate carbonaceous species, and conduct validation via field measurement data; (2) Taking the intermediate compounds as the key, to build the measurement techniques of the ambient intermediates, and explore the quantitative relationships between the production rates, loss rates and ambient concentrations of these compounds; (3) Using the intermediates as tracers, to establish the parameterization methods to quantify the chemical conversion processes of atmospheric organics, and improve the chemical mechanism of organic reactions under the condition of air pollution in China; (4) By combining field measurement and numerical model, To evaluate the aging of airborne particulate organic matters and its impacts on optical and cloud condensation nuclei (CCN) properties of fine particles and their climatic radiative effects..This project will perform a systematic investigation in the source emission - intermediate compounds - atmospheric chemical conversion – climatic radiative impacts of carbonaceous species from perspective of integration, and try to better quantify the role of chemical mechanisms in the way from the emissions of carbonaceous species to their environmental effects.

含碳组分对大气复合污染的形成及气候变化具有重要作用，然而含碳组分的排放、大气转化及其环境效应尚难以准确定量。拟针对关键含碳组分影响消光和辐射效应的大气化学机理：（1）在完善典型逸散性的排放特征基础上，建立气态、半挥发态和颗粒态含碳组分集成的源排放清单，并通过外场观测进行验证；（2）以含碳组分转化的中间态物种为核心，建立中间态物种的测量方法，研究中间态物种生成、去除速率与其大气浓度之间的定量关系；（3）以中间态物种为示踪，探索定量分析大气中有机物化学转化过程的参数化方法，完善我国大气污染条件下的有机物化学转化机制；（4）将观测和数值模拟相结合，评估大气颗粒有机物的变化对其光学、成云作用以及气候辐射效应的影响。. 项目从含碳组分集成研究的角度，开展典型城市群关键含碳组分源排放-中间态物种-含碳组分化学转化-气候辐射效应的系统研究，将提升含碳组分排放对环境影响的大气化学机制研究的量化水平。

大气含碳组分及转化对区域大气污染和全球气候变化都具有重要作用。目前对含碳组分的来源及化学转化机制认识不足，是导致大气污染成因和气候变化领域的研究仍存在很大不确定性的关键因素，也是我国城市群大气污染联防联控工作亟待突破的基础科学问题。围绕这一关键科学问题，本项目在含碳组分的排放规律和主控因子，挥发性有机物（VOCs）活性缺失及其对大气氧化性影响、量化中间态组分转化过程，颗粒物有机物相变及光学效应等方面取得基础研究成果。. 在VOCs源排放与验证方面，完善重点排放源VOCs排放因子和排放特征，获得包含OVOCs在内的我国VOCs源成分谱数据库。在大气传输和化学反应基础上，建立光化学龄参数化方法和盒子模型反演法，基于外场观测计算VOCs排放量。在北京、山东和珠三角地区，各组分的排放量与清单基本相符，该方法能动态反映VOCs特别是活性组分的排放量及空间变化，为制定区域污染防控措施提供依据。. 在VOCs活性缺失及大气化学作用方面，开展VOCs总反应性的外场闭合实验，发现北京和珠三角VOCs实测总活性与根据VOCs成分测量计算的活性加和之间存在着显著差别，即活性缺失，研究发现一次排放以及二次转化过程中未识别的高活性组分是造成活性缺失的原因。开展OVOCs等中间产物测量与模拟，采用光化学龄参数化方法，估算了VOCs消耗对二次有机气溶胶（SOA）生成的贡献，发现生物质燃烧气团中SOA生成速率比其他气团高28%，这一结果提升了生物质燃烧源对空气质量变化的科学认识。. 在气态有机物非均相摄取和有机气溶胶相态转化方面，利用流动管模拟实验考察甲醛在土壤表面的摄入动力学过程，实验结果显示，甲醛可被土壤反应性摄取，同时受湿度的影响。通过实验手段获得纳米液滴的活度及其表面张力等热力学参数，发现颗粒物粒径直接影响其相变温度和浓度，新生成的SOA在室温条件以液态存在，长大之后会以固态状态存在。该结果能够很好地解释实际大气中SOA观测结果。