大气氮硫化合物间的非均相耦合转化及其对灰霾形成的影响

Rapid economic development and urbanization in recent years have resulted in serious air pollution in many cities in China. Urban haze episodes have occurred more frequently. Atmospheric aerosol pollution has become a serious environmental problem, especially secondary inorganic ion pollution. However, a little concern has been paid to the chemical coupling between the heterogeneous processes of atmospheric nitrogen and sulfur compounds up to now, despite the fact that the coupling involves the formation of the secondary inorganic ions. Here we study the chemical coupling between the heterogeneous processes of atmospheric nitrogen and sulfur compounds and its impact on the formation of haze by using various measurement techniques and monitoring instruments including DRIFTS、LP-FTIR、Flow tube reactor、GC-MS、IC、MARGA、Aethalometer, et al., investigating the corresponding reactivity and reaction mechanisms in the presence of the chemical coupling, and revealing the influence of chemical coupling on the heterogeneous conversion processes of atmospheric sulfur-containing compound and nitrogen-containing compound and its influence mechanisms, potential heterogeneous conversion pathways, and its possible impact on the formation of haze. This study not only helps to further understand the heterogeneous reaction of atmospheric aerosol, towards a more comprehensive understanding of the atmospheric chemical processes of atmospheric sulfur-containing and nitrogen-containing compounds, but also helps to explore the formation mechanism of the negative linear dependence between atmospheric sulfate and nitrate aerosols during haze episodes. This study also provides important information for the government to formulate urban air pollution control strategy and policy.

经济和城市化的迅速发展使我国许多城市灰霾事件频发，大气气溶胶污染特别是二次无机离子污染已成为一个严重环境问题。然而，目前对涉及二次无机离子形成的大气氮硫化合物间的非均相耦合转化的研究很少。本项目拟利用DRIFTS、LP-FTIR、Flow tube reactor、GC-MS、IC、MARGA、Aethalometer等多种实验手段和监测设备开展大气氮硫化合物间的非均相耦合转化及其对灰霾形成的影响研究，考察大气氮硫化合物间发生非均相耦合转化时的反应活性及机理，揭示大气氮硫化合物非均相转化过程间的相互影响、影响机制、潜在的非均相转化途径及其对灰霾形成产生的可能影响。开展此项研究，可丰富对大气气溶胶表面非均相反应的认识，全面了解大气含硫和含氮化合物的大气化学过程，有助于探索灰霾事件中硫酸盐气溶胶与硝酸盐气溶胶间负相关依赖关系的形成机制，也有助于为我国城市大气污染控制和决策制定提供重要科学依据。

大气气溶胶在我国大气灰霾形成过程中起着十分重要的作用，特别是灰霾期间增强形成的二次气溶胶。大气气溶胶可作为各种大气污染气体的反应平台。在我国污染大气中存在着高浓度的SO2、NOx、有机醛、有机酸等污染气体以及高浓度的大气气溶胶，大气含硫气体在气溶胶表面发生非均相反应的同时将不可避免地受到大气含氮化合物、有机醛、有机酸等以及大气粒子中不同组份的影响，也将不可避免地发生大气氮、硫化合物间的非均相耦合转化，且这种非均相耦合转化过程也将受到大气中其他物种的影响。然而，目前对这种非均相耦合转化及其对灰霾形成的影响的研究还没有，开展本项目研究可弥补这方面的研究空白。.本研究基于实验室模拟和外场观测系统地研究了NO2在有机物存在下与SO2的非均相耦合转化、吸附态硝酸盐在无光和有光条件下与SO2非均相反应的耦合转化、硝酸盐耦合的有机含醛基物种对SO2非均相反应的影响、以及外场观测如上海大气不同粒径大气粒子及其成份和来源的研究、灰霾事件中液相非均相反应的倾向性研究等，不仅揭示了氮、硫化合物间各自不同的耦合机制和潜在的非均相转化途径，而且揭示了大气中这种非均相耦合转化对灰霾形成的可能影响。这些工作大大丰富了对大气非均相反应的认识，有助于全面了解大气含硫和含氮化合物的大气化学过程，有助于更深入地理解灰霾形成过程中大气气溶胶的生成机制，这为完善大气化学模型和更好地估算大气硫酸盐和硝酸盐气溶胶的辐射强迫提供了理论基础，并为大气气溶胶化学的发展做出了应有的贡献。同时，我们也发现上海灰霾事件中硝酸盐污染呈现的增长趋势，以及灰霾事件中液相非均相反应的倾向性，如在高硫酸盐污染的灰霾事件中粒子液态水在NO2的液相非均相反应和二次硝酸盐形成过程中起着重要作用，而高硝酸盐污染的灰霾事件则有利于SO2的液相非均相氧化等。上述研究不仅弥补相关研究的不足，而且为我国城市大气污染控制和决策制定提供科学依据。