关中地区棕碳气溶胶的地球化学特征及环境效应

棕碳气溶胶因其特殊的光学性质，成为近年来研究的热点问题之一。本项目开展了关中城市西安PM2.5中水提取和甲醇提取棕碳光学性质的季节变化和来源研究，结果显示，babs值具有显著地季节差异，即冬季高夏低。对比水提取和甲醇提取的babs365值，可以得出水提取的BrC被低估了1/3以上。棕碳babs与生物质燃烧源示踪指标水溶性K 和左旋葡聚糖具有非常强的相关性，表明生物质燃烧是西安PM2.5中棕碳的重要来源。冬季二次有机碳中的棕碳明显高于夏季，且冬季二次有机棕碳主要来源于液相反应产生的新鲜二次有机碳，而夏季二次有机棕碳主要是光化学反应形成的二次有机碳老化后的产物。揭示西安PM2.5中棕碳主要来自生物质燃烧、燃煤排放及其二次有机碳。关中农村生物质燃烧源棕碳研究表明，BrC主要为生物质的低温燃烧的产物，传统火炕，babs365，methanol，MAC365，methanol，钾离子（K ）以及OC呈现单峰分布：babs365，methanol，MAC365，methanol与钾离子（K ）的峰值出现在小于0.4 µm的粒径段，OC出现在0.4-0.7µm粒径段。对于清洁炉灶，babs365，methanol与MAC365，methanol呈现双峰特征，其中一个与传统火炕相同，另外一个峰出现在4.7-5.8µm粒径段。西安冬夏季霾和正常天气下棕碳研究揭示，棕碳的吸光数值在冬、夏季灰霾中较为稳定，但日内变化差异大，说明棕碳的来源较为复杂。结合PM2.5中特征化学示踪物及气体前体物等变化及相关分析，揭示在高湿度和低氧化性环境下液相反应是冬季二次棕碳形成的主要机制，而夏季棕碳则主要形成于人为源前体物的光化学反应过程。在二次棕碳气溶胶形成机制及光学性质变化方面，指出白天异戊二烯的主要反应模式是与OH反应，O3则在白天夜晚都有参与反应。异戊二烯通过OH 和O3氧化生成荃、酮、酸类物质，且该反应过程是一个“光漂白”过程。NO3主要在夜间参与异戊二烯的氧化反应，终产物往往是亚硝酸或硝酸酯类物质。硝酸酯类物质的吸收峰在会红移到300-450nm左右，产物具有明显的可见光吸光效应，即“棕炭化”过程。转化过程出现的“光漂白”和“棕碳化”两种不同的效应。

棕碳（BrC）作为气溶胶中有机碳的重要组成，由于其吸光效应明显，其分布、来源和环境气候效应是当前国际气溶胶领域研究的前沿和热点问题。关中地区是我国空气污染较为严重的地区之一，碳气溶胶浓度较高。本项目通过对关中地区气溶胶进行为期2年的观测研究，采用先进的7波段DRI 2015碳分析仪结合水溶性有机碳吸光性实验测定环境空气中BrC的浓度分布和光学特征。开展取暖燃烧源（秸秆和煤）棕碳排放谱研究，获得不同排放源BrC的粒径分布和光学特征，定量评估不同排放源BrC的排放量。结合环境和源排放样品化学组成数据，准确评估关中地区BrC的分布和来源，探讨正常天气和重霾天气BrC的形成和对能见度的影响。

气溶胶影响大气成分

气溶胶粒子具有分布不均匀、变化尺度小、复杂性的特点，多集中于大气的底层，对云的凝结核、雨滴、冰晶形成，进而对降水的形成起重要作用。气溶胶甚至可以改变云的存在时间，能够在云的表面产生化学反应，决定降雨量的多少，影响大气成分。

气溶胶破坏臭氧层

通过对密封装置的加压，可从各种各样的物质中产生气溶胶，其中包括杀虫剂、油漆、喷发定型剂等。这些物质与另一种易于液化的气体混合（往往是加入微量氟化物或氯化物的碳氢化合物），一旦释压，后者会产生推进作用。人们普遍担心，由于加入氟化物的碳氢化合物比空气轻，因而会在大气层中引起一系列反应，从而破坏臭氧层。因臭氧层保护地球上的生物免受紫外线的辐射，因此制定了一些措施，禁止在气溶胶中使用加入氟化物的碳氢化合物。

气溶胶环境污染

霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10公里的空气普遍混浊现象，这里的干尘粒指的是干气溶胶粒子。一般情况下，当能见度在1~10公里时可能既有干气溶胶的影响（即霾的影响），也可能有水滴的贡献（即轻雾的贡献），且不易区分，所以就被称为“雾-霾”现象。由于在实际的大气中没有气溶胶粒子作为云雾的凝结核（或冰核），无法形成雾，所以雾和霾的背后都与气溶胶粒子有关。

造成大气污染的空气气溶胶有烟雾、硫酸雾及光化学烟雾等。微粒物主要来源于工业生产、加工过程、各种锅炉或炉灶排出的烟尘以及汽车排出的污染物及由它转化成的二次污染物。因此，应该通过改进燃烧方式，采用无污染或少污染能源，提高除尘器效率以及植树造林等措施，加强对微粒的控制。