丁爱军教授课题组在中国东部与北欧森林不同环境新粒子生成机制对比研究方面取得进展
近期，我院丁爱军教授课题组在中国东部与北欧森林不同大气环境条件下新粒子生成机制对比研究方面取得进展。在大气与地球系统科学（教育部）国际合作联合实验室框架下，课题组通过与芬兰科学院院士、中国科学院外籍院士、赫尔辛基大学Markku Kulmala教授团队的合作，运用其所发展的大气化学及气溶胶动力学箱体模式（MALTE-BOX），分别基于我国东部高强度人类活动地区的代表性站点-南京大学地球系统区域过程综合观测试验基地SORPES和赫尔辛基大学位于芬兰南部森林的SMEAR II站的观测数据，对比研究了两类截然不同典型环境条件下的新粒子生成和增长过程，重点揭示了高氧化多功能化合物(HOMs)对两地新粒子生成和增长的定量贡献。论文以“Modelling studies of HOMs and their contributions to new particle formation and growth: comparison of boreal forest in Finland and a polluted environment in China”为题发表于欧洲地球科学联合会（EGU）著名期刊《Atmos. Chem. Phys.》中（影响因子5.509）。
新粒子的生成与增长是气溶胶领域国际前沿的科学问题，对于空气污染和气候变化均有重要影响。近期国际上关于新粒子生成和增长研究的其中一个热点问题是高氧化多功能化合物 (HOMs：Highly Oxygenated Multifunctional compounds) 在其中的定量贡献。由于相关成分的测量较难，它们在全球不同环境中对新粒子生成和增长的定量作用尚未得到很好的研究，给在全球尺度理解气溶胶的气候效应带来了较大的不确定性。南京大学的SORPES站和芬兰赫尔辛基大学的SMEAR II站，恰好代表了全球两类截然不同的大气环境：北欧地区人类活动较少的寒带针叶林地区（天然排放挥发性有机物较多）和中国东部长三角城市群高强度人类活动影响地区（化石燃料燃烧排放强度大）。针对两个地区的观测和模式相结合的对比研究，有助于认识两地气溶胶的形成机制及其气候与环境效应。
图1 SORPES和SMEAR II站点位置（a为年均人为SO2排放，b为年均自然源单萜排放）
该研究运用 MALTE-BOX模型结合区域空气质量模型WRF-Chem模拟了两类截然不同环境中的HOMs浓度和新粒子生成事件, 讨论了HOMs在新粒子生成和增长中的作用。结果表明：模式可以较好地刻画SMEAR II站观测到的硫酸和HOMs浓度，SORPES站具有更高的硫酸和含氮HOMs但单体和二聚体HOMs较低。模式能够模拟出像芬兰针叶林地区这样的清洁地区新粒子生成，但严重低估了 SORPES 站的新粒子生成和增长, 表明了污染环境中更多人为过程对新粒子生成和增长的贡献。在SMEAR II站，单萜氧化产生的HOMs主要贡献了SMEAR II 站的超细颗粒的增长, 而在SORPES站，硫酸和由芳香烃氧化产生的HOMs在纳米颗粒增长中起着更重要的作用（图2）。本研究指出硫酸和HOMs在不同环境条件下对新粒子生成和增长的独特作用, 并提出了分子尺度的测量在理解复合污染地区新粒子生成机制方面的重要性和迫切需求。
图2 （a）SMEAR II站和（b）SORPES站各类气态组分对于纳米气溶胶增长的贡献。
该项工作是在大气与地球系统科学（教育部）国际合作联合实验室框架下与赫尔辛基大学Kulmala教授团队Michael Boy等人合作完成的，研究工作受到国家重点研发计划大气专项“我国东部沿海大气复合污染天空地一体化监测技术”、国家自然科学基金“大气复合污染”重大科学计划重点项目、国家自然科学基金杰出青年基金、江苏省气候变化协同创新中心等的共同资助。南京大学助理研究员齐西萌博士为第一作者，丁爱军教授为通讯作者。
相关文献：
X. Qi, A. Ding*, P. Roldin, Z. Xu, P. Zhou, N. Sarnela, W. Nie, X. Huang, A. Rusanen, M. Ehn, M. P. Rissannen, T. Petaja, M. Kulmala, and M. Boy: Modeling studies of HOMs and their contributions to new particle formation and growth: Comparison of boreal forest in Finland and a polluted environment in China, Atmos. Chem. Phys., 18, 16, 11779-11791, 2018.
X. Qi., A. Ding*, W. Nie, T. Petaja, V.-M. Kerminen, E. Herrmann, Y. Xie, L. Zheng, H. Manninen, P. Aalto, J. Sun, Z. Xu, X. Chi, X. Huang, M. Boy, A. Virkkula, X. Yang, C. Fu, M. Kulmala, Aerosol size distribution and new particle formation in the western Yangtze River Delta of China: 2 years of measurements at SORPES station, Atmos. Chem. Phys., 15, 12445-12464, 2015.