新粒子成核和增长机理是揭示我国复合污染条件下二次颗粒物转化机制的关键科学问题。传统的新粒子生成机制主要来源于国外较为清洁的大气环境，在我国人口密集、工业集中和交通发达的超大城市，仍缺乏成熟的成核机理来阐释高污染背景下的成核及新粒子快速增长，进而形成复合污染的现象。
中国科学院大气物理研究所大气分中心刘子锐副研究员，联合赫尔辛基大学大气地球系统研究院(INAR)、北京化工大学和北京城市气象研究院等单位，开展华北超大城市的新粒子成核机制与增长机理的外场观测和模型模拟研究。结果表明在较高凝结汇（<0.03s -1）存在条件下有机胺（约2/3的NPF事件）促进硫酸-水成核，这与欧洲核子研究组织CLOUD（Cosmics Leaving OUtdoor Droplets）烟雾箱的模拟结果一致；其它NPF事件则以无机氨-硫酸-水成核为主导，并利用Malte-box模型揭示了华北大气富氨环境（>10ppb）是该地区新粒子事件频发的重要诱因；低氧化性二次有机气溶胶（LO-OOA）及硫酸盐主导了新粒子的初始增长，而新粒子后续能否进一步增长（Dp>100nm）则取决于高氧化性有机气溶胶（MO-OOA）和硝酸盐的生成。该研究从分子水平上揭示了参与成核的前体物及热动力学成核机制，阐明了华北区域大气强氧化性在新粒子增长致霾过程中的重要作用，成果将为PM2.5和臭氧协同控制提供科学依据。
研究成果在大气科学领域期刊Chemosphere和Atmospheric Research上发表，获得国家自然科学基金(42075111)，北京市自然科学基金（8192045）和国家重点研发计划(2017YFC0210000)等项目资助（CERN供稿）。
论文信息：
Yang S., Liu* Z., Li J., Zhao S., Xu** Z., Gao W., Hu B., Wang Y., 2021. Insights into the chemistry of aerosol growth in Beijing: Implication of fine particle episode formation during wintertime. Chemosphere, 274, 129776. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521002459?dgcid=coauthor
Yang S., Liu* Z., Clusius S. P., Liu, Y., Zou, J., Yang, Y., Zhao S., Zhang G., Xu** Z., Ma Z., Yang Y., Sun J., Pan Y., Ji D., Hu B., Yan C., Boy M., Kulmala M., Wang Y., 2021. Chemistry of new particle formation and growth events during wintertime in suburban area of Beijing: insights from highly polluted atmosphere. Atmospheric Research, 255, 105553. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809521001058?dgcid=author
图1 新粒子生成机制和增长过程示意。（a）外场观测与烟雾箱及模型模拟结果对比；（b）气态硫酸与生成速率(J 3)相关性；（c）NH 3参与下气态硫酸与J 3相关性
图2. 硫酸盐及有机物源生成速率Q i (i=OA, SO 4 2-)与新粒子源增长速率Q GR相关性
图3. 一次新粒子增长致霾事件气象要素、气态污染物、气溶胶成分和颗粒物数浓度谱分布演变
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