经过过去十年的大气污染减排,PM2.5中硫酸盐含量已明显下降,硝酸盐逐渐取代硫酸盐成为PM2.5污染的主要诱因。当大气中氨气充足时,氨气和硝酸气体发生均相反应生成二次NH4NO3进入颗粒相。另外,燃烧排放的高温烟羽在大气中迅速冷却,也会产生一次NH4NO3气溶胶。这些一次NH4NO3气溶胶在进一步稀释过程中,如果氨气和硝酸气体不能支持NH4NO3在颗粒相中存在,一次NH4NO3可能从颗粒态挥发到气态。反之,一次NH4NO3气溶胶可能在下风向累积导致PM2.5污染。NH4NO3浓度升高可能是二次NH4NO3的形成,也可能是一次NH4NO3的累积或气团混合。目前为止,PM2.5中NH4NO3究竟是二次形成还是一次累积尚不明确。本研究以青岛陆地和中国近海上空大气为研究对象,通过在线离子色谱同步观测氨气和硝酸气体及其对应的颗粒态组分,结合颗粒物数浓度的同步观测和热力学模拟,多技术动态识别一次NH4NO3和二次NH4NO3,尝试回答我们提出的问题。 浓度结果展示青岛和中国近海上空大气中PM2.5均以硫酸盐-硝酸盐-铵(SNA)气溶胶为主,并且在多数时刻硝酸铵为主要颗粒物。在青岛数据的研究中,我们对硝酸浓度>15 μg m-3的四个时段进行了分析。从风力来看,观测到的硝酸盐在Ⅰ和Ⅲ时段中来自当地排放累积和外部传输,Ⅱ时段中来自当地排放,Ⅳ时段中来自外部传输。热力学模拟结果显示,Ⅰ时段硝酸铵处于挥发状态。Ⅱ时段的硝酸铵在白天处于挥发状态,夜晚处于形成状态,夜晚硝酸盐主要来自于硝酸铵的形成。Ⅲ、Ⅳ时段的NH4+平衡分别向气相和颗粒相转移,然而NO3-并没有随之变化,处于热力学平衡状态。结合NOx的消耗量(∆NOx)和NO3-的生成量(∆NO3-)来看,Ⅰ时段∆NOx和∆NO3-明显相关,此时比起硝酸气体气粒凝结更可能是N2O5水解产生硝酸需要NH3中和。Ⅳ时段的硝酸盐的增长来自NO2转化。Ⅱ、Ⅲ时段中∆NOx和∆NO3-则没有明显相关性。在中国近海的研究中,我们发现在外源输送期间硝酸铵处于挥发状态。颗粒物数浓度(N>100 nm)和几何中值粒径的对比分析显示,硝酸盐的增长不仅只受二次化学转化的影响,同时也有一次排放累积。对于硝酸盐增长的时段,没有观察到和NOx之间存在明显相关性,没有证据证明此时高浓度的硝酸盐来自于化学转化。 总而言之,我们认为评估大气硝酸盐浓度变化应考虑以下几种情况:(1)一次硝酸盐累积伴随着一次硝酸铵挥发(此时完全没有二次硝酸铵的形成);(2)一次硝酸盐累积伴随着二次硝酸铵的形成;(3)一次硝酸铵挥发和二次硝酸铵挥发;(4)一次硝酸盐稀释(不存在一次硝酸盐的挥发)和二次硝酸铵的形成。
05月05日
2023
05月08日
2023
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