Significant effects of transport on nanoparticles during new particle formation events in the atmosphere of Beijing (Open Access)
Dongjie Shang（尚冬杰）*, Min Hu（胡敏）*, Lizi Tang, Xin Fang, Ying Liu, Yusheng Wu, Zhuofei Du, Xuhui Cai, Zhijun Wu, Shengrong Lou, Mattias Hallquist, Song Guo, Yuanhang Zhang（张远航）
Keywords: New particle formation; Transport; Nanoparticles; Sulfuric acid
DOI: 10.1016/j.partic.2022.12.006
北京大学胡敏教授团队自2004年起基于北京大学城市大气环境定位观测站（PKUERS），开展了新粒子生成事件的长期观测，发现在城市大气环境中，除国外普遍报道“清洁型”新粒子生成事件之外，还存在特殊的、高颗粒物浓度背景下发生的“污染型”新粒子生成事件。以往研究对这种“污染型”新粒子发生的具体机制认识还较为模糊，这也限制了大气气候模式和污染治理政策的精确性。
近期，胡敏教授团队应邀在PARTICUOLOGY上发表研究论文，从气象参数、前体物浓度、颗粒物数谱特征等角度分析了北京“污染型”新粒子生成事件的发生机制，并指出了传输过程对该类型新粒子生成过程的重要影响。
本文已OA并在美国科学促进会AAAS主办的全球科技新闻网站EurekAlert!上进行新闻发布，欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码进入ScienceDirect官网阅读、下载！
亮点导读
※ 北京夏季大气中“污染型”新粒子发生频率为28%，高于“清洁型”新粒子（22%）。
※ “污染型”新粒子事件同时受到颗粒物区域传输和本地生成过程的影响。
※ 在“污染型”新粒子过程中，传输作用可以贡献40%的核模态（6–25 nm）颗粒物。
研究背景
新粒子生成是大气中气态污染物通过化学、物理转化生成纳米级分子簇，进而增长至较大尺寸颗粒物的过程。这一过程不仅可以提升大气中云凝结核浓度影响气候变化，同时也是我国城市大气颗粒物污染的重要诱因之一。以往研究认为低水平的凝结汇（CS）是新粒子生成事件的必要条件，然而研究者在北京大气中发现新粒子事件可以在高CS条件下发生，即“污染型”新粒子事件，其机制仍未建立清晰认识。
研究方法
针对以上科学问题，北京大学团队在北京夏季城郊和城市大气中开展同步观测，分析了“污染型”新粒子事件中颗粒物数浓度粒径谱分布，SO2、气态硫酸、氨等新粒子生成前体物浓度，以及风速风向等气象参数的特征，通过与“清洁型”新粒子时段及无新粒子发生时段的比较，探究其发生的主要机制。
图1. “清洁型”、“污染型”新粒子天和无新粒子事件天的平均数谱分布图
结论与展望
研究团队发现，“清洁型”新粒子是在东北来向的清洁山区气团控制下，由本地成核-增长过程主导，在较大区域同步发生。与之不同的是，在“污染型”新粒子天，上午的气团来源为西南方向，上风向的乡村地区和山区通过成核过程生成的纳米颗粒物传输至本地，由于传输中的碰并、增长过程，导致本地在上午观测到3–25 nm颗粒物的同步爆发。与此同时，本地上午时段高CS条件限制了气态硫酸单体、二聚体的生成，抑制了核化生成纳米级分子簇的过程。而在中午，风速增加后，降低的CS使得本地成核-增长发生，与传输作用共同贡献了大气中的核模态（3–25 nm）颗粒物数浓度。
图2. “污染型”新粒子发生机制示意图
研究团队进而定量得出，“污染型”新粒子过程中传输作用对6–25 nm颗粒物数浓度贡献为60%，揭示了区域传输对二次核模态颗粒物的重要影响。这一结果表明，即便在本地控制新粒子生成前体污染物的排放，上风向地区发生的新粒子事件仍可在本地提供大量的颗粒物“种子”，进而诱发空气污染。因而，区域联防联控政策对如京津冀等城市群区域颗粒物污染控制具有重要意义。
作者简介
尚冬杰，第一作者，北京大学博雅博士后，分别于2013年和2020年获得北京大学学士和博士学位。研究方向：大气新粒子生成的观测与模拟，二次有机气溶胶生成机制。在Atmos. Chem. Phys., Environ. Pollut. 和Geophys. Res. Lett.等期刊发表文章52篇，其中第一作者7篇。
胡敏，通讯作者，北京大学教授，北京大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室主任，国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授，环境保护部“国家环境保护专业技术领军人才”。长期从事大气颗粒物来源、二次转化及其环境影响和控制对策研究，主持国家自然科学基金重点和集成项目、总理基金课题等，发表PNAS、Environ. Sci. Technol.和Atmos. Chem. Phys. 等SCI文章。荣获“中国青年女科学家”奖。获国家自然科学二等奖1项，国家科技进步二等奖1项，教育部自然科学奖一等奖2项和科技进步一等奖2项，环境保护部一等奖2项二等奖1项。WMO-GAW 气溶胶科学咨询组成员，曾任学术刊物J. Aero. Sci. 主编。
供稿：原文作者
编辑：《颗粒学报》编辑部