大气中HONO的非均相生成和去除过程的研究

In the increasingly serious air pollution complex situation in China, the formation mechanism of atmospheric ozone exhibits different characteristics from that of the developed countries. In particular，the concentrations of gaseous nitrous (HONO) is very high in the atmosphere. The photolysis of HONO significantly impacts the formation of O3. However, the models fail to reproduce unexpected high concentrations of HONO observed in the field studies, indicating the existence of new, yet unknown, sources of HONO. Heterogeneous processes thought to be the major source of HONO in the atmosphere, intensively studied in the laboratory and several mechanisms of HONO formation on aerosol and ground surface have been proposed. Even so the mechanisms of HONO formation in the atmosphere are still not completely understood. Therefore, this project intends to measure the concentrations of HONO in Beijing, obtain the correlation of the HONO with sunlight, temperature, relative humidity, aerosol surface area, and gaseous precursors. Key parameters can be derived to lead the investigations of laboratory studies. Systematically investigating the heterogeneous processes of the formation and loss of HONO, probing the kinetic parameters, the changes of physical chemistry properties of aerosols before and after the reactions can provide essential information for the source and sink of HONO and scientific support for deep understanding of the source of OH in China with air pollution complex situation.

当前中国大气复合污染日趋严重，大气臭氧的形成机制表现出与发达国家不同的特征。其中，大气中气态亚硝酸（HONO）浓度极高，并通过HONO光解反应生成大量OH从而对O3的形成产生重大影响。然而，模式模拟低估了实际观测中高浓度的HONO，这说明存在未知的HONO来源。已有研究表明非均相反应可能是HONO在大气中的重要来源，然而目前的研究还很有限，无法解释高浓度HONO的来源。因此，本项目针对我国城市复合污染特点，拟对北京市实际大气中的HONO含量进行实时测量，获得HONO浓度与光照、温度、相对湿度、气溶胶表面积浓度及谱分布、气态前体物之间的相关性，推导HONO产生的关键参数，输入到实验室模拟中，系统研究HONO在气溶胶表面的非均相生成和去除过程，获得反应动力学参数，分析反应前后气溶胶表面物理化学性质的变化，为HONO的非均相生消过程提供基础数据，也有助于拓展对我国复合型污染OH来源的认识。

大气氧化能力的大小及其变化是对区域污染、全球变化以及大气的生态环境影响具有主导作用的关键因素，是灰霾天气形成的主要驱动力。羟基自由基（OH）是大气中最重要的氧化剂，研究发现HONO光解对氢氧自由基的贡献高达34%，是OH的重要来源之一。然而HONO在大气中的形成机制仍然很不清楚，模式模拟往往会低估实际观测中白天高浓度的HONO。在中国大气复合污染日趋严重的情况下，大气臭氧的形成机制表现出与发达国家不同的特征，其中之一就是大气中HONO浓度极高，并通过HONO光解反应生成大量OH从而对O3的形成产生重大影响。国际上对于HONO的来源问题，特别是未知源的生成过程尚不十分清楚，我国对HONO大气化学的研究也很缺乏，HONO的研究已经成为大气化学领域关注的难点之一。本项目主要开展了以下几个方面的研究内容：首先，通过与其它仪器多次对比观测，确定我们自主开发的HONO分析仪准确性、稳定性以及检测范围都满足实际观测要求，尤其针对我国重污染条件下具有非常好的优势；第二，利用我们自主开发的仪器，获得了北京地区连续多年的HONO观测数据，为北京地区大气氧化性的研究提供了重要的基础数据。第三，对几次重污染过程开展了北京城区和怀柔郊区的对比观测，发现了HONO的不同来源在城区和郊区具有不同的贡献。第四，有针对性的开展实验室模拟研究，发现土壤中的氨基酸是HONO的重要来源，解释了外场观测到的实际现象。本项目的研究成果对北京地区重污染成因提供了科学支撑。