地环所研究揭示西安冬季严重污染期气溶胶含水量对二次无机气溶胶形成的影响
【发布时间：2021年06月11日
】【来源：中科院地球环境研究所】
硫酸盐，硝酸盐和铵盐是大气细颗粒物（PM2.5）中含量最高的二次无机气溶胶（SIA）。气象条件，气体颗粒的传输过程和气溶胶酸度（pH）都会影响SIA的形成。西安作为我国西北最大的城市，在过去的几十年中由于机动车的快速增长和能源消耗的增长，面临着严重的空气质量问题。由于我国北方冬季对取暖的需求和不利的气象条件，极易发生严重的灰霾污染事件。因此，深入探讨二次无机气溶胶，气态前体物与气溶胶水含量等之间的关系，对全面地认识和理解我国关中平原的空气污染事件的形成机制有重要的意义。
近期，中国科学院地球环境研究所张婷高级工程师等联合国内外多家研究单位对在2015年西安冬季发生的一次极端污染事件（2015年1月9日至1月17日，平均PM2.5浓度约为250μg m-3和峰值浓度约为700μg m-3）期间的水溶性无机离子进行了每小时实时测量。使用热力学模型（ISORROPIA-II）预测了严重雾霾时期的气溶胶水含量和细颗粒物的pH值。研究结果表明，总水溶性离子的小时平均浓度为137.4μg m-3，平均占PM2.5的55.3％。SO42-，NO3-和NH4+的浓度分别为38.3μg m-3、47.9μg m-3和33.6μg m-3。气溶胶水含量在2.8μg m-3和461.4μg m-3之间（平均89.3μg m-3）。pH值在3.6至6.7之间，气溶胶呈中等酸性（4.8±0.4）。NH3的平均浓度为26.2±6.8μg m-3，过量的氨气对于关中平原严重灰霾天气时PM2.5的弱酸性至关重要。SOR，NOR和气溶胶水含量之间线性相关，R2分别为0.81和0.55，表明水含量的增加促进了硫酸盐和硝酸盐气溶胶形成的增加。气溶胶水含量通过充当液相和非均相反应的重要介质，大大增强了二次无机气溶胶（尤其是硫酸盐）的形成。NHR和气溶胶水含量呈对数关系，R2=0.65，表明分配到颗粒相中的NH3的量随气溶胶水含量的增加而增加，直到100μg m-3气溶胶水含量继续增加不再影响铵的气固分配，分配比稳定在0.6左右。另外，SOR和NOR的增加促进了大气颗粒的产生，尤其是促进了NH3向NH4+的转化，大量二次气溶胶的形成是PM2.5浓度显著增加的重要原因之一。
图. SOR，NOR和NHR与气溶胶水含量的散点图（a-c），总水溶性无机离子和PM2.5浓度与SOR，NOR和NHR的散点图（d-f）.
该研究得到国家自然科学基金等多个项目的联合资助，相关成果发表在《Atmospheric Environment》期刊上。
详见：Zhang, T., Shen, Z.X., Su, H., Liu, S.X., Zhou, J.M., Zhao, Z.Z., Wang, Q.Y., Prévot, A.S.H., Cao, J.J. Effects of Aerosol Water Content on the formation of secondary inorganic aerosol during a Winter Heavy PM2.5 Pollution Episode in Xi'an, China. Atmos. Environ., 252, 118304, 2021.
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118304
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