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北京地区气溶胶气-粒分配及气溶胶液态水的特征研究

气-粒分配,气溶胶含水量,水溶性离子,气态前体物

      气-粒分配和气溶胶液态水共同决定着气溶胶酸碱性，影响大气中的化学反应。自2005年后，政府对SO₂和NO_X排放的大力控制，致使气溶胶的浓度水平、化学成分和生成转化均发生了显著变化。近年来，华北平原大气富氨现象越发突显， PM_2.5中硝酸盐（NO₃^-）成为污染条件下占比最高的组分，这些变化促使硫和氮的转化率（SOR和NOR）和总硝酸、总氨、总盐酸的气-粒分配系数以及气溶胶含水量（ALWC）与以往研究相比差异明显。2016-2018年，研究借助高分辨率气溶胶和气体在线观测设备MARGA（Monitoring for Aerosols and Gases）对北京城区不同季节开展长时间系统观测，重点关注北京城区不同季节、污染条件下的大气中总氨（TNH₃）、总硝酸（TNO₃）和总盐酸（TCl）的变化规律，SOR（硫氧化率）与NOR（氮氧化率）以及TNH₃、TNO₃和TCl的气-粒分配特征及影响因素。此外，利用ISORROPIA II 热动力学模型计算气溶胶含水量（ALWC），在此基础上进行敏感性实验，讨论各主要影响因素（SO₄^2-、TNO₃、TNH₃、TCl以及T、RH）对气溶胶含水量的影响趋势和程度。

      研究表明：大气中只有一小部分NO₂转化为总硝酸TNO₃，80%以上的TNO₃以NO₃^-形式存在。NO₃^-浓度受气-粒转化（均相和非均相反应）和气-粒分配过程的共同作用。在污染条件下（PM_2.5>75 μg·m^-3），PM_2.5中NO₃^-的生成速率明显高于SO₄^2-。北京地区近几年来SO₂的显著减少降低了硫酸盐气溶胶的生成，增加了NH₃形成NH₄NO₃的可能性。TNH₃平均浓度呈现出冬季最低（7.02μg•m^-3），夏季最高（27.93μg•m^-3）的特点，大部分TNH₃以气态NH₃的形式存在。较低的气温不利于NH₃的挥发和NH₄NO₃的分解。大气中TNH₃的过量，大部分TCl是以气溶胶态的形式存在（Cl^-）。大气中的HCl是NH₄Cl热动力过程平衡的结果，Cl^-的日变化特征主要受一次排放源的影响。较低的温度（T）和较高的相对湿度（RH）有助于将更多的TNH₃、TNO₃和TCl转化为气溶胶态。北京地区气溶胶含水量（ALWC）呈现出秋季高（101.11μg·m^-3），冬季低（13.17μg·m^-3）的分布特征，且夜间浓度水平显著高于白天。基于敏感性实验结果，发现SO₄^2-、TNH₃、TNO₃、TCl、RH及温度（T）对ALWC有明显影响，在不同季节下的影响特征有较大差异；RH对ALWC的影响最大，当RH＞80%，ALWC呈指数型增长趋势。