天然源二次气溶胶组成、分布以及来源研究

【摘要】： 二次气溶胶因环境、气候、健康效应愈来愈受到人们的关注,其中,天然源二次气溶胶因其前体释放量巨大,不容忽视。本文按照纬度的不同,选择了四个典型森林地区(长白山自然保护区、崇明岛东平国家森林公园、鼎湖山自然保护区、海南尖峰岭自然保护区),作为中国寒温带、温带、亚热带、热带森林的代表,研究其二次气溶胶的化学组成和浓度水平。 长白、崇明、鼎湖、海南地区PM2.5的质量浓度分别为89.2,38.8,30.4,18μg/m3;有机物和元素碳分别占PM2.5总量的22-35%和1.3-2.3%;三种主要的无机离子(SO42-,NO3-,NH4+)总和分别占PM2.5质量的44%,50%,45%,16%;水溶性有机碳占有机碳质量的35-65%。此外,重要的PM2.5组分还包括地壳类物质、海盐和水。除海南外,长白、崇明、鼎湖的PM2.5总量、有机碳、硫酸根、铵离子的浓度浓度在世界森林地区中均偏高,四个森林地区重要的PM2.5构成来自于其周边地区的污染传输,程度不同地呈现了区域污染特征。中国森林面积1.75亿公顷,异戊二烯和单萜挥发总量和整个欧洲相当。中国森林气溶胶中异戊二烯氧化产物和α-蒎烯氧化产物的浓度分别为4.8-53 ng/m3和n.d.-31 ng/m3,依次占当地OC总量的0.02-0.96%和0.01-0.23%。不同区域的测定结果显示:异戊二烯氧化产物表现了一致的昼夜变化趋势,即白天浓度高于夜晚;长白气溶胶中异戊二烯氧化产物和当地大气中SO2,O3,CO2具有明显相关性,提示大气痕量气体在异戊二烯氧化过程中发挥了重要作用。α-蒎烯氧化产物在不同地域气溶胶中表现了不一致的昼夜变化规律。除上述氧化产物之外,四个森林地区气溶胶中测定的其他天然源二次组分还有:葡萄糖、果糖、阿拉伯醇、甘露醇等,检出的天然源极性二次组分分别占当地气溶胶OC总量的1.2-4.4%。 此外,论文还建立了一个针对于气溶胶中2-甲基丁四醇的稳定碳同位素分析方法,即甲基硼酸衍生物稳定碳同位素分析法。测定异戊二烯氧化产物—2-甲基丁四醇的稳定碳同位素组成,通过异戊二烯的同位素值可判断其前体物不同光合作用类型植物(C3、C4、CAM)的稳定碳同位素组成特征,还可揭示大气中异戊二烯光化学反应的稳定碳同位素变化规律。论文通过实验证实了2-甲基丁四醇甲基硼酸衍生化过程中没有同位素分馏,甲基硼酸衍生法物稳定碳同位素分析方法应用于实验室光化学反应及长白气溶胶样品中2-甲基丁四醇的稳定碳同位素测定,获得了较好的测量精密度和准确性。