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基于北京528米中国尊观测的气溶胶化学机制及区域传输特征研究

垂直观测；残留层；区域输送；气溶胶化学机制

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.8 大气气溶胶化学机制

区域传输与大气残留层中生成的气溶胶通过垂直混合对近地面的影响是认识城市大气复合污染形成机制的关键环节。然而受观测能力的限制，对于区域输送和残留层中气溶胶形成机制的认识显著不足。本研究基于北京中国尊（528米）2020-2024年的长期观测数据，结合地面同步观测，系统揭示了气溶胶在垂直空间上的演变规律及其与区域污染物传输的耦合机制。研究发现：不同来源污染气团的气溶胶化学特征存在显著差异。南/东北气团携带的二次无机气溶胶浓度显著高于西北气团，且硫/氮氧化比更高，这与高湿度条件下非均相氧化增强相关。垂直混合过程存在昼夜分异：白天边界层发展促使高空污染物向地面混合，加剧地面污染；夜间残留层与稳定边界层解耦，垂直交换受阻，但残留层中硝酸盐形成效率反而高于地面。硫酸盐与硝酸盐的形成在垂直方向上呈现相反的特征：硫酸盐在近地面因高湿度而生成更活跃，硝酸盐则在高空因较高的O₃浓度而生成效率更高。夜间残留层中高效生成的硝酸盐可通过次日垂直混合进一步加剧地面污染。进一步分析表明，夜间硝酸盐生成受NO₂/O₃比值调控—在O₃受限区（NO₂/O₃>2），N₂O₅水解路径被抑制；在NO₂受限区（NO₂/O₃<1），该反应效率提升。模拟计算与疫情管控期数据证实，单纯降低NOₓ排放在O₃受限区可能反而增强夜间硝酸盐生成。本研究将区域输送、垂直混合与气溶胶化学机制相结合，阐明了夜间残留层化学过程对地面污染的影响，为制定差异化、协同性的区域污染控制策略提供了关键科学依据。