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亚硝酸(HONO)是大气中羟基自由基(OH)的重要来源,对大气氧化能力和二次光化学污染物如PM2.5和臭氧(O3)的形成都具有重要影响。目前,HONO的研究主要集中在城市、郊区和乡村站点,对沿海地区HONO的污染特征和来源的研究十分欠缺。本研究在中国东部沿海城市青岛开展了两次外场观测(2018年9月15日-11月9日和2019年7月1日-8月25日),采用化学长光程吸收光度计(LOPAP)对大气中HONO的浓度进行了测量,分析了沿海地区HONO的浓度水平、昼夜变化、季节变化和海陆差异等污染特征,探索了HONO的昼夜及海陆来源差异,并使用基于观测的化学盒子模式(OBM)评估了HONO对沿海地区大气氧化能力的贡献。本文的主要研究结果如下:
研究了青岛沿海大气HONO的污染特征。观测期间,秋季HONO的平均浓度(±标准偏差)为0.390±0.302ppbv,夏季HONO的平均浓度(±标准偏差)为0.315±0.290ppbv。HONO的日变化趋势存在明显的季节差异,秋季昼间(06:00-18:00)HONO浓度呈不断下降的趋势,而在夏季昼间HONO维持着较高的浓度水平。利用HYSPLIT模型以及观测期间的风向数据将夏季观测数据分为受海洋气团影响(海洋案例)和受陆地气团影响(陆地案例)两种类型。结果表明HONO日变化趋势具有明显的海陆差异,HONO浓度在夜间累积,海洋气团影响下HONO在昼间维持较高浓度,陆地气团影响下HONO浓度持续下降。
研究了青岛沿海大气HONO的主要来源途径。通过对夜间气团稳定条件下HONO以及HONO/NO2增长案例的筛选,计算了夜间NO2非均相反应生成HONO的转化率(CHONO)。运用HONO收支计算方法评估了昼间HONO源、汇途径的贡献,定量了HONO未知源的源强(Pother)。青岛沿海大气HONO存在很强的海洋来源。海洋案例中CHONO约是陆地案例中CHONO的4倍(0.045±0.014h-1vs.0.012±0.007h-1)。在中午(11:00-13:00)时段,海洋案例中Pother比陆地案例中高61%(1.83±0.02ppbvh-1vs.1.14±0.07ppbvh-1)。通过相关性分析手段得出了HONO的主要来源途径。夜间海洋案例中HONO主要来自于NO2在海洋微表层的非均相转化,而陆地案例中HONO的生成主要与NO2在PM2.5表面的非均相转化有关。海水微表层上含氮化合物的光解可能是昼间海洋案例中HONO的重要来源,陆地案例中HONO的昼间来源可能与NO2在颗粒物表面的光增强反应有关。
利用OBM研究了青岛沿海大气HONO对大气氧化性的影响。通过模拟有无观测HONO浓度约束下海、陆案例中AOC、O3和OH自由基的生成速率,评估了HONO对其影响。结果表明HONO对大气中O3和OH自由基的生成速率都有重要贡献且海洋案例中的贡献略高于陆地案例:海洋案例中HONO对OH和O3的贡献分别为76%和24%,陆地案例中HONO对OH和O3的贡献分别为61%和22%。不同季节中HONO对AOC、O3和OH自由基的贡献存在明显差异,秋季HONO对AOC、OH自由基和O3的贡献分别为54%、92%和44%,夏季分别是37%、68%和31%。
本研究对青岛沿海大气HONO的污染特征、来源途径和对大气氧化性的贡献进行了较为全面的探讨,揭示了沿海大气在海洋气团和陆地气团影响下HONO污染特征及来源的差异,丰富了对沿海大气环境尤其是海洋气团影响下HONO的科学认识,为HONO的模型模拟研究及沿海地区大气环境问题的研究提供了数据支持和科学依据。
研究了青岛沿海大气HONO的污染特征。观测期间,秋季HONO的平均浓度(±标准偏差)为0.390±0.302ppbv,夏季HONO的平均浓度(±标准偏差)为0.315±0.290ppbv。HONO的日变化趋势存在明显的季节差异,秋季昼间(06:00-18:00)HONO浓度呈不断下降的趋势,而在夏季昼间HONO维持着较高的浓度水平。利用HYSPLIT模型以及观测期间的风向数据将夏季观测数据分为受海洋气团影响(海洋案例)和受陆地气团影响(陆地案例)两种类型。结果表明HONO日变化趋势具有明显的海陆差异,HONO浓度在夜间累积,海洋气团影响下HONO在昼间维持较高浓度,陆地气团影响下HONO浓度持续下降。
研究了青岛沿海大气HONO的主要来源途径。通过对夜间气团稳定条件下HONO以及HONO/NO2增长案例的筛选,计算了夜间NO2非均相反应生成HONO的转化率(CHONO)。运用HONO收支计算方法评估了昼间HONO源、汇途径的贡献,定量了HONO未知源的源强(Pother)。青岛沿海大气HONO存在很强的海洋来源。海洋案例中CHONO约是陆地案例中CHONO的4倍(0.045±0.014h-1vs.0.012±0.007h-1)。在中午(11:00-13:00)时段,海洋案例中Pother比陆地案例中高61%(1.83±0.02ppbvh-1vs.1.14±0.07ppbvh-1)。通过相关性分析手段得出了HONO的主要来源途径。夜间海洋案例中HONO主要来自于NO2在海洋微表层的非均相转化,而陆地案例中HONO的生成主要与NO2在PM2.5表面的非均相转化有关。海水微表层上含氮化合物的光解可能是昼间海洋案例中HONO的重要来源,陆地案例中HONO的昼间来源可能与NO2在颗粒物表面的光增强反应有关。
利用OBM研究了青岛沿海大气HONO对大气氧化性的影响。通过模拟有无观测HONO浓度约束下海、陆案例中AOC、O3和OH自由基的生成速率,评估了HONO对其影响。结果表明HONO对大气中O3和OH自由基的生成速率都有重要贡献且海洋案例中的贡献略高于陆地案例:海洋案例中HONO对OH和O3的贡献分别为76%和24%,陆地案例中HONO对OH和O3的贡献分别为61%和22%。不同季节中HONO对AOC、O3和OH自由基的贡献存在明显差异,秋季HONO对AOC、OH自由基和O3的贡献分别为54%、92%和44%,夏季分别是37%、68%和31%。
本研究对青岛沿海大气HONO的污染特征、来源途径和对大气氧化性的贡献进行了较为全面的探讨,揭示了沿海大气在海洋气团和陆地气团影响下HONO污染特征及来源的差异,丰富了对沿海大气环境尤其是海洋气团影响下HONO的科学认识,为HONO的模型模拟研究及沿海地区大气环境问题的研究提供了数据支持和科学依据。