科研進(jìn)展
大氣氧化性與大氣污染關(guān)系研究獲新進(jìn)展
在氧化性大氣環(huán)境中，人為活動(dòng)排放到大氣中的污染物，會(huì)發(fā)生類似于人體排異反應(yīng)的現(xiàn)象，被各種氧化劑氧化為二次污染物并逐漸從大氣中去除。因此，對(duì)大氣氧化性的理解和認(rèn)識(shí)對(duì)于大氣污染控制和治理有重要意義。大氣氧化性是國(guó)際大氣污染協(xié)同控制領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題之一。目前，對(duì)大氣污染的研究多側(cè)重于大氣污染物濃度變化及其相互轉(zhuǎn)化的分析，對(duì)大氣氧化性與大氣污染的關(guān)系研究較少。
中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團(tuán)隊(duì)利用2020-2021年蘭州市SO2、SO42-、NO2、NO3-、CO、O3、PM1.0、PM2.5和PM10濃度逐小時(shí)數(shù)據(jù)、同期氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)以及NCEP再分析數(shù)據(jù)，分析了蘭州市大氣污染物濃度時(shí)序變化特征及其大氣場(chǎng)背景，探討了重污染天氣污染物來(lái)源及濃度變化的可能原因，闡明了大氣氧化性影響大氣顆粒物二次生成的機(jī)理。研究表明，大氣氧化性對(duì)大氣顆粒物二次生成具有閾值效應(yīng)。當(dāng)大氣氧化劑濃度較低（MDA8 O3 ≤100 g/m3）時(shí)，大氣揮發(fā)性有機(jī)物和其他前體物的氧化過(guò)程更易實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生更多的二次氣溶膠，促進(jìn)了二次顆粒物的形成（圖1）；當(dāng)大氣氧化劑濃度大于160 g/m3時(shí)，二次生成顆粒物占比低于一次排放顆粒物濃度的占比；大氣總體氧化劑Ox（Ox=O3+NO2）與硫轉(zhuǎn)化率（SOR）、氮轉(zhuǎn)化率（NOR）呈負(fù)相關(guān)，表明Ox濃度過(guò)高會(huì)抑制SO2和NO2的生成速率；蘭州上空高壓脊長(zhǎng)時(shí)間維持，使得地面風(fēng)速減小，削弱了近地面污染物的輸送與擴(kuò)散（圖2）；蘭州PM2.5污染源主要是河西走廊地區(qū)，PM10污染源主要位于蘭州東南地區(qū)（圖3）。該工作加深了對(duì)大氣氧化性影響大氣污染形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為大氣污染協(xié)同控制和生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理提供了新的科學(xué)支撐。
該成果分別以 Influence of Atmospheric Oxidation Capacity on Atmospheric Particulate Matters Concentration in Lanzhou 為題發(fā)表于Science of the Total Environment、以 The pattern and mechanism of an unhealthy air pollution event in Lanzhou, China 為題發(fā)表于Urban Climate。西北研究院博士生周惜蔭為論文第一作者，高曉清研究員為論文通訊作者。該研究獲中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員“盆地空氣污染氣象學(xué)”、甘肅省杰青基金“蘭州重污染天氣大氣環(huán)境特征與應(yīng)急策略研究”共同資助。
圖1 2020~2021年蘭州市不同光化學(xué)活性下顆粒物（PM10和PM2.5）一次排放和二次生成濃度季節(jié)變化
（a）、（b）：MDA8 O3 ≤ 100 g/m3 （c）、（d）：100 g/m3 < MDA8 O3 ≤ 160 g/m3 （e）：MDA8 O3 > 160 g/m3
（a）、（c）：PM10 （b）、（d）：PM2.5
圖2 2021年3月15日~18日500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)
（a）~（d）、地面氣壓場(chǎng)（e）~（h）和10 m 風(fēng)場(chǎng)（i）~（l）
圖3 蘭州市一次重污染事件顆粒物（PM10、PM2.5）來(lái)源分析
（a）、（c）：PM2.5 （b）、（d）：PM10
（a）、（b）：WPSCF分析 （c）、（d）：WCWT分析
