[01245127]超大城市大气重霾污染形成机制及其关键调控技术研究

我国大气污染引起观测关注，特别是常住人口1000万以上的超大城市灰霾频繁发生成为迫切需要解决的民生问题之一。

该成果是在国家科技部支撑计划关于区域大气污染联防联动重点项目、国家自然科学基金重大项目关于大气污染二次物种形成课题、上海市科委重大项目关于大气污染等项目支持下，对大气多相化学反应与强污染事件形成雾霾机制研究开展深入研究协同创新所取得的系统性成果。

该项研究的主要成果包括：

（1）大气细颗粒物硝酸盐二次转化机理。颗粒物表面物种二次转化对灰霾形成起到重要作用。我们首次在中国（包括港澳台地区）将单颗粒气溶胶质谱技术（ATOFMS）运用于大气气溶胶检测，揭示上海市区大气颗粒物表面二次物种转化，揭示灰霾形成化学物种的转化机制，特别是对超大城市灰霾下大气颗粒物硫酸盐、硝酸盐、有机组成的研究达到国际先进水平。

通过对上海市区重度大气污染过程中的颗粒物进行考察，揭示了清洁天气和污染天气下的颗粒物粒径分布特征，并根据粒径分布特征、气象因素、颗粒物化学组分等确定了城市灰霾形成过程，特别是二次污染与二次组成变化在灰霾中所起到的重要作用。

通过对含硝酸盐颗粒物的分析，我们发现在大气氧化性高的夏季，颗粒物中硝酸盐的含量并非由传统上认为的NH4NO3相分配决定峰值浓度出现在夜晚的硝酸盐颗粒与高浓度的O3和NO2证明，在重度污染的城区，夜间N2O5 和 NO3在颗粒物表面的非均相反应是硝酸盐形成的主要方式。

这一成果在Environ. Sci. Technol. （2009， 43， 3061） 发表。

（2）大气细颗粒物高分子有机胺盐的二次有机气溶胶形成机理。首次在真实大气气溶胶中发现了一系列高分子量（m/z可达500）的有机胺盐化合物。

这些化合物的产率与臭氧浓度呈反相关，表明光化学氧化剂没有参与其形成过程，与一般的二次有机气溶胶形成截然不同。

这一发现不仅意味着新的二次有机气溶胶前体物，也揭示了一种崭新的SOA形成机制，对现有气溶胶有机组分的理解是很好的补充（Environ. Sci. Technol.， 2010， 44， 4441）。

对于二次有机气溶胶演化的重要终产物草酸的形成机制研究，单颗粒质谱显示出其独有的辨别能力。

我们对草酸的一次来源（生物质燃烧）进行剔除后，发现云中过程和液相反应过程是上海城区草酸形成的主要形成通道（ Atmos. Environ.， 2009， 43， 3876）。

（3）我国农业秸秆燃烧排放污染物对超大城市空气质量产生影响基于我国2004年三种农作物秸秆产量及燃烧比例，实验模拟定量估算出燃烧排放的气态污染物、颗粒物和多环芳烃排放特征，三种农作物秸秆燃烧排放颗粒物的排放因子分别为（2.6±0.5） ×105，（1.1±0.3） ×105和（3.9±0.6） ×105g t-1，分析了燃烧排放的颗粒物的粒径分布、粒径成长特性，该项研究发表在本领域国际顶尖刊物ES＆T（2011）和Atmos. Environ.（2008）上，并作为封面（ES＆T， 2011）报道，研究成果为揭示生物质燃烧源对空气质量的影响以及为国家制定禁止秸秆燃烧与秸秆利用相关政策提供科学支撑，特别是为上海市2010年世博会大气质量保障实施方案确保上海市与周边地区严控秸秆燃烧的政策等起到重要作用。

（4）烟花爆竹燃放产生高浓度细颗粒物严重影响空气质量。

春节期间烟花爆竹燃放产生高浓度细颗粒物日平均值是平时的3倍，并伴有明显的由凝结核模态和小Aitken模态向大Aitken模态和积聚模态转变的现象。

通过碰并汇计算结果显示：爆竹燃放期间所有粒径粒子的碰并汇都很显著的升高现象。其中1 nm和100 nm的粒子碰并汇同一时间最大值高达0.146 s-1 and 6.98 × 10-5 s-1。

因此，在烟花爆竹燃放的条件下，1 nm和100 nm的粒子在大气中的停留时间分别为秒和小时，从而解释烟花爆竹燃放过程中凝结核模态和Aitken模态粒子的“消失”现象。

另烟花爆竹燃放期间计算得到日平均颗粒物密度为2.7 g·cm-3。烟花爆竹燃放颗粒物的高密度特性对人体健康有着重要影响，该成果为控制春节期间大气污染提供了科学依据，近年来上海市严控内环、外环之内的烟花燃放起到了明显效果。

本成果已发表70余篇SCI检索论文、16篇国内核心期刊。10篇代表作被SCIE总引599次，他引（无任一作者相同）463次;共被Wed of Science核心集合数据库引用615次，他引（无任一作者相同）471次。