青藏高原冰芯和大气中醛酮类化合物浓度变化及其来源

Atmospheric Carbonyl compounds (carbonyls) are the important components of volatile organic compounds in the troposphere and crucial intermediates in photo-oxidation, which play a key role in the atmospheric chemical processes, and therefore they could be important in climate change and atmospheric environment. However, the observations on atmospheric carbonyls are still very relatively insufficient in the global scale regions especially the remote areas, so large uncertainties remain in estimate of their impacts on climate change and atmospheric environment. The Tibetan Plateau, the most sensitive and driving active area to the global climate change, will be chosen as the study region for this project. The carbonyls samples including the air, precipitation and ice cores will be collected basing on the field stations Southeast Tibet, Ngari and Muztagh Ata. The carbonyls characteristics containing concentrations, components and their transformation will be long-period and continuously studied for air, precipitation and river/lake water samples, as well as the long-term sequence of the characteristics would be reconstructed from the ice core record. This project will show the present and historical pollution level of atmospheric carbonyls, which could improve our understanding of the correlation between the carbonyls with the climate change and atmospheric environments, and provide important bases on science to treat regional environment pollution and estimate global climate change. This project has important significance of science and value of application.

醛酮类化合物是对流层大气中挥发性有机物的重要组分，是光化学反应的重要中间产物，在大气化学过程中扮演着非常重要的角色，对大气环境和气候变化有着重要的影响。但从全球尺度上分析，实际观测研究还十分有限，尤其偏远的背景地区的研究还十分匮乏，导致其对大气环境和气候变化的影响评估仍存在很大的不确定性。本研究选择全球气候环境变化"敏感区"和"启动区"的青藏高原为研究对象，拟以林芝站、阿里站、慕士塔格野外台站和实验室为支撑，针对高原大气中醛酮特征，包括浓度、组成、变化特征及其长时间序列，开展大气、降水、湖水中醛酮的长期系统地监测，以及长时间序列冰芯记录的恢复和重建研究。旨在揭示青藏高原背景地区大气中醛酮类化合物的现状与演变历史，从而提高我们对大气中醛酮类化合物与大气环境和气候变化关系的认识，为区域环境污染的治理和全球气候变化的预估提供重要科学依据。因此，本研究具有重要的科学意义和应用价值。

研制了大气中醛酮类化合物的自动采样器，开展了青藏高原地区大气中醛酮类化合物的空间和季节浓度水平的对比研究；利用PRT-MS和静态箱燃烧法对藏香燃烧排放醛酮类化合物及苯系物芳香族化合物进行检测；搭建了煤炭燃烧大气污染物排放检测平台，对煤炭不同燃烧过程中醛酮类化合物、苯系物及大气NH3和OC/EC等开展了研究；对青藏高原冰芯中醛酮类化合物的检测方法开展了探索性研究。发现（1）青藏高原地区大气中醛酮类化合物，丙酮浓度最高，乙醛次之，甲醛最低；在季节变化上，夏季大气中醛酮类化合物浓度略高于春季大气浓度；空间尺度上，春季拉萨浓度水平高于另外两个地区，夏季纳木错甲醛浓度略低于其他地区，乙醛和丙酮没有显著差别；醛酮类化合物存在着较好的日变化特征，白天浓度相对较高，夜晚浓度相对较低；相关性分析，表明大气中乙醛和丙酮与甲醛均呈现正相关，随甲醛浓度的升高而升高，夏季的相关性明显优于春季的相关性；结合后向气团轨迹模拟结果，春季青藏高原受西风环流影响，夏季受到印度季风环流和局地环流影响，青藏高原大气中醛酮化合物浓度水平代表了区域大气背景浓度；（2）藏香燃烧过程中存在30多种VOCs的排放，其中含氧VOCs的排放主要以醛酮类化合物和甲醇为主，排放因子达到1.0~3.2g/kg水平；苯系物及芳香族化合物主要以苯、甲苯和苯乙烯为主，其中苯的排放量最大，17种藏香的污染物排放因子水平相当；（3）利用燃煤大气污染物排放检测平台，研究发现煤炭燃烧过程中醛酮类及其他大气污染物排放存在着明显阶段性排放的特点，其中醛酮类化合物在燃烧和封火初期存在显著性排放，以甲醛、乙醛、丙酮、丁醛和苯甲醛为主；苯系物的高排放也集中在燃烧和封火初期，苯和甲苯在燃烧和封火等过程存在非常好的正相关，其比值位于在1.0左右；发现煤炭燃烧和封火过程中均存在高浓度气态NH3的排放，排放因子与SO2和NOx相当，可加速大气中二次气溶胶硫酸铵和硝酸铵的产生；OC和EC的排放浓度从点火、燃烧、封火至再燃烧整个过程逐渐下降，OC/EC的比值却截然不同，点火和燃烧时，比值仅为3.0~4.5之间，而在封火和再燃烧时，比值则高达36.5~37.9，因此，采用固定比值方法估算燃煤对区域大气有机气溶胶的贡献仍要谨慎，滤膜颜色对比可以看出，封火过程中棕色碳的贡献可能较大，但是有关燃煤排放棕色碳的研究至今仍缺乏，未来需要加强该方面的研究。