机动车排放二次转化的实验研究和模拟方法

High concentration of fine particles is a key feature of atmospheric complex pollution. However, the contributions of vehicles emissions to fine particles and the formation mechanisms of secondary aerosol, in particular secondary organic aerosol, remain unclear. In the proposed work, on-road experiments for the photo-oxidation of real-time primary vehicle emissions will be conducted in a mobile laboratory by exposing the sampling flow under various levels of OH radicals. Changes of the mass concentrations and chemical compositions of gaseous pollutants and fine particles will be measured. The evolution processes of primary vehicle emissions will be analyzed and the formation mechanisms of secondary aerosol will be investigated. Key parameters and mechanisms determined on the basis of experimental results will be implemented into global and regional atmospheric chemical transport models. Model simulations will be made to evaluate the contribution of vehicle emissions, in particular, the secondary formation processes, to regional fine particle pollution. The goals of the proposed work are to identify the key chemical processes in the secondary evolution of vehicle emissions and to develop a model framework that can simulate the formation of secondary aerosol from vehicle emissions. The proposed work aims to provide scientific support for the source apportionment of atmospheric complex pollution and the control strategies of anthropogenic emissions.

细颗粒物浓度高是大气复合污染的重要特征。目前机动车排放对细颗粒物污染的贡献仍不清楚，对二次气溶胶尤其是二次有机气溶胶形成机制的认识也很不足。本项目拟（1）在华北地区开展对实际道路机动车排放进行二次转化的车载实验，测定不同OH自由基暴露水平下反应前后气态污染物和细颗粒物浓度、组分的变化，根据实验结果分析其二次转化过程和二次气溶胶生成机制；（2）从实验结果中提炼出关键的反应机制和参数，建立模拟机动车排放生成二次气溶胶的方法，用于全球和区域大气化学模型的模拟，评估机动车排放二次转化过程对区域细颗粒物污染的贡献，并通过敏感性分析识别关键影响因素。本研究旨在揭示机动车排放二次转化中的关键化学过程，发展模拟一次源二次转化的新方法，为大气复合污染来源解析和减排策略制定提供科学依据。

细颗粒物浓度高是大气复合污染的重要特征，目前机动车排放对细颗粒物污染、尤其是对二次污染的贡献还很不清楚。本项目将PAM流式氧化反应系统装载在观测车车顶，与车内装载的在线质谱仪平台配套，在北京市区主干道路上开展了对车队实际排放原位二次转化潜势的走航车载氧化实验，测定了车队实际排放在不同OH自由基氧化水平下生成二次有机气溶胶（SOA）的能力。研究发现以轻型汽油车排放为主的实际道路大气经过PAM反应器后，SOA质量浓度最多可增加为初始有机气溶胶浓度的3.7±0.7倍，SOA质量浓度增加倍数随氧化水平呈先增加后减小的趋势，说明初期老化过程中二次转化以官能团化为主，随OH暴露量增加可能受碳碳键断裂或光解的影响，产物挥发性变高，SOA生成量逐渐减少。走航车载氧化实验得到车队实际排放最大二次转化潜势ΔSOA/ΔCO为54 ± 21 µg m-3 ppmv-1，对应OH自由基浓度为3.0×10^6 molecules cm-3条件下（北京背景浓度水平）的等效大气氧化时间为1天左右。此外，本项目基于GEOS-Chem v12.0.0区域嵌套模型发展并校验了适合中国地区有机气溶胶模拟的新参数化方法Simple SOA，实现了分部门模拟，并结合文献资料修正了分部门燃烧源一次排放对有机气溶胶的贡献，再根据走航车载氧化实验得到的参数，对机动车排放贡献的一次、二次有机气溶胶进行了数值模拟，定量评估了机动车排放二次转化对区域细颗粒物污染的影响。项目成果将为大气复合污染来源解析和减排策略分析提供科学依据，为空气质量预报提供更优化的模型工具。