人為減排增強(qiáng)了大氣新粒子生成：2022年北京冬奧會(huì)期間的觀測證據(jù)

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對環(huán)境的影響日益嚴(yán)重。其中，大氣污染是人們最為關(guān)注的問題之一。為了改善大氣質(zhì)量，人們采取了各種措施，其中之一就是人為減排。

人為減排對大氣環(huán)境的影響以及機(jī)理也成為重要的研究方向，中國科學(xué)院大氣物理研究所在2022年冬奧會(huì)舉辦之際，開展了相關(guān)研究。
 

研究背景

氣溶膠顆粒對地球-大氣系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的影響。作為對流層氣溶膠的重要來源，新粒子生成（NPF）在云凝結(jié)核（CCN）形成中起著重要作用，并導(dǎo)致中國特大城市嚴(yán)重的霧霾事件。在受污染的大氣中，NPF和參與成核的氣態(tài)物質(zhì)的行為尚不清楚。硫酸（SA）是清潔大氣中參與成核的主要物質(zhì)，其他氣態(tài)前體物，例如氨、二甲胺（DMA）和二羧酸，會(huì)在污染環(huán)境中增強(qiáng)成核。由于氣態(tài)前體和可凝蒸氣豐富，成核機(jī)制在不同位置會(huì)有所不同。COVID 19封鎖期間的研究表明，NPF事件的生成率（J3）和增長率（GR）的結(jié)果各不相同。在未來空氣質(zhì)量改善的情況下，大氣NPF在污染大氣中的行為仍不確定，需要進(jìn)一步評估。2022年北京冬奧會(huì)為研究人為減排對中國特大城市成核和生長過程的影響提供了難得的機(jī)會(huì)。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是冬季奧運(yùn)會(huì)前后NPF事件和氣態(tài)前體的演變，以了解它們在霧霾形成中的作用并為未來制定污染減排政策提供信息。
 

研究方法

中國科學(xué)院大氣物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)于2022年1月1日-3月31日在北京2022年冬季奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場附近的北京IAP場地進(jìn)行觀測活動(dòng)。該地點(diǎn)代表了典型的城市區(qū)域，與北京城市的平均顆粒物水平有很好的相關(guān)性。研究人員觀測了氣溶膠顆粒物的粒徑分布、細(xì)顆粒物化學(xué)組成（有機(jī)物（OA）、硫酸鹽（SO₄^2-）、硝酸鹽（NO₃^-）、銨（NH₄⁺）和氯化物（chl））、氣體物質(zhì)濃度（O₃、NO₂、CO、SO₂）、PM2.5質(zhì)量濃度及氣象參數(shù)（溫度、相對濕度、輻射、海平面氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向）以調(diào)查NPF事件及其氣態(tài)前體的演變，了解不同時(shí)期氣態(tài)前體在NPF和霧霾形成中的作用。
 

NH₃排放測量

利用Picarro G1103氨氣分析儀測量NH₃濃度
 

結(jié)論

WOG和冬季殘奧會(huì)（WPG）期間成核事件有所增強(qiáng)，NPF事件的頻率（ 52.4%; 38.5% ）高于Pre-WOG （25.0%）和Post-WOG（27.8%），這主要是由CS較低造成的。此外，WOG（6.4±4.1 cm-3·s-1 ）和WPG（6.1±2.9 cm-3·s-1）期間的平均J3也高于Pre-WOG（5.6±2.9 cm-3·s-1)和Post-WOG(5.7±3.1 cm-3·s-1)，而GR （ 2.3±1.8 nm·h-1，2.7±1.4 nm·h-1）略高于Pre-WOG （2.1±1.5 nm⋅h-1）和Post-WOG （2.2±1.6 nm⋅h-1）。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸和氨濃度較低，WOG和WPG期間較高的J3可能是由較高的胺貢獻(xiàn)的。log J3和SA之間的相關(guān)性，與CLOUD實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致，表明胺增強(qiáng)了硫酸成核。進(jìn)一步證明了上述結(jié)果。硫酸對GR3-7nm的貢獻(xiàn)超過20%，在WOG和WPG期間，大氣氧化能力大大增強(qiáng)，顆粒生長到10 nm以上時(shí)，有機(jī)化合物的貢獻(xiàn)迅速增加。此外，還發(fā)現(xiàn)硝酸銨在NPF引發(fā)的霧霾事件中發(fā)揮著重要作用，其特點(diǎn)是WOG之后，NPF事件生長后期的硝酸鹽產(chǎn)量高于WPG，建議采取措施控制NH₃和NO₂排放，以減少新粒子生成和生長造成的PM2.5污染。

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