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胡建林教授课题组在ACP发文阐明我国生物质排放对二次有机气溶胶的重要贡献
2017年09月18日    发布 : 环科院    

近日,大气环境领域权威期刊ACP(Atmospheric Chemistry and Physcis)(该刊2016年的影响因子为5.318刊发了我校环科院胡建林教授课题组的文章“Modeling biogenic and anthropogenic secondary organic aerosol in China”,阐明了由天然生物质排放的挥发性有机物(VOCs)通过非均相反应对二次有机气溶胶(SOA)的重要贡献。我校环科院胡建林教授是论文第一作者,环科院非全时教授、德州A&M大学应琦教授是论文通讯作者。这项工作受到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、省特聘教授、以及江苏省大气环境监测与污染控制研究重点实验室的资助。

有机气溶胶是导致我国灰霾的主要污染物PM2.5的重要组成成分,而其中由前体物经过大气化学反应生成的SOA占有重要比重。由于SOA的生成机理非常复杂,目前空气质量模型普遍存在模拟低估的情况。最近的实验研究发现,在低和高氮氧化物条件下分别生成的异戊二烯环氧化物(IEPOX)和甲基丙烯酸环氧化物(MAE)在强酸性气溶胶水中能形成低挥发性物质。但是这个非均相过程对中国的SOA生成有多大贡献还需要被量化评估。

我校环科院胡建林教授课题组与美国德州A&M大学、美国路易斯安那州立大学、美国加州空气资源管理局、北京航空航天大学、清华大学、南京大学等单位研究人员合作,更新空气质量模型CMAQ里的SAPRC11气相反应机理和SOA反应模块,加入异戊二烯生成IEPOX和MAE的机理,加入IEPOX、MAE以及乙二醛和甲基乙二醛的颗粒物表明非均相反应生成机理,对中国地区的SOA浓度和时空分布进行了2013年全年模拟。

研究发现,全国平均而言,夏季主要由生物质排放的异戊二烯贡献生成了SOA的61%,而冬季主要由人为源排放的烷烃和芳香烃贡献生成了SOA的51%。总体而言,生物质排放的所有VOCs生成的SOA占总SOA的比例在春秋季达到50-60%,在夏季达到75%,在冬季占到24%。由IEPOX、MAE、乙二醛和甲基乙二醛的非均相反应生成的SOA在夏季可占到总SOA的73%,贡献率分别达到27%、1%、10%和35%,表明生物质排放在夏季对我国SOA浓度的重要贡献。

虽然生物质排放的VOCs对SOA生成有重要贡献,但是模式敏感性分析发现人为源排放(主要是氮氧化物)极大地促进了这个过程。在模式里设置没有人为源排放而生物质排放不变的情景,发现总SOA的浓度低于1µg/m3。因此控制人为源排放将能同时降低人为源和生物质排放源的SOA。这项研究是首次在中国应用区域SOA模式对最新的异戊二烯SOA进行模拟评估,研究结果为我国SOA的形成机制提供了新的见解。

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图:夏季异戊二烯SOA中不同组分(a)和不同过程(b-e)的贡献

 

 

 

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