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大气二次硫酸盐液相生成途径及影响因素研究

气溶胶形成,硫酸盐形成途径,影响因素,气溶胶酸度

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.17 大气污染物溯源方法与前沿

二次硫酸盐是大气颗粒物关键组分，对环境和健康有重要影响。尽管近年来其平均浓度下降，但在污染期间仍存在显著升高趋势。本研究基于大气观测与模型模拟，系统评估了硫酸盐生成途径及影响因素，主要结论如下：硫酸盐浓度在污染时可达优良天气的8倍，与气象条件（低温、高湿、低风速）及前体物、氧化剂呈非线性关系。适宜的气溶胶酸性（pH≈4–5）、含水量和离子强度有利于高浓度硫酸盐形成。通过改进热动力学计算并纳入离子强度影响，发现H₂O₂氧化途径贡献最高，是主导机制；过渡金属离子（TMI）途径在夏季酸性条件下重要；NO₂途径在冬季显著；O₃途径主要在清洁期弱酸/碱性条件下起作用。多相缓冲能力分析表明，NH₄⁺/NH₃体系比HNO₃/NO₃⁻具有更强缓冲能力，可稳定气溶胶pH并调控主导途径。气溶胶含水量（AWC）是关键影响因素，液相反应促进硫酸盐生成。全球尺度上，H₂O₂途径贡献约占80%，TMI途径在低pH区域（如春夏）较重要，O₃途径在沙漠地区冬季、春季突出。我国城市硫酸盐浓度变化先后受AWC减少和SO₂降低影响，而H₂O₂浓度上升抑制了其进一步下降。协同控制SO₂与大气氧化剂、考虑区域气溶胶酸性与缓冲能力，是持续降低硫酸盐污染的关键方向。