Compilation of reaction kinetics parameters determined in the Key Development Project for Air Pollution Formation Mechanism and Control Technologies in China

A compilation of new advances made in the research field of laboratory reaction kinetics in China's Key Development Project for Air Pollution Formation Mechanism and Control Technologies was presented. These advances are grouped into six broad, interrelated categories, including volatile organic compound (VOC) oxidation, secondary organic aerosol (SOA) formation, new particle formation (NPF) and gas-particle partitioning, ozone chemistry, model parameters, and secondary inorganic aerosol (SIA) formation, highlighting the laboratory work done by Chinese researchers. For smog chamber applications, the current knowledge gained from laboratory studies is reviewed, with emphasis on summarizing the oxidation mechanisms of long-chain alkanes, aromatics, alkenes, aldehydes/ketones in the atmosphere, SOA formation from anthropogenic emission sources, and oxidation of aromatics, isoprene, and limonene, as well as SIA formation. For flow tube applications, atmospheric oxidation mechanisms of toluene and methacrolein, SOA formation from limonene oxidation by ozone, gas-particle partitioning of peroxides, and sulfuric acid-water (H₂SO₄-H₂O) binary nucleation, methanesulfonic acid-water (MSA-H₂O) binary nucleation, and sulfuric acid-ammonia-water (H₂SO₄-NH₃-H₂O) ternary nucleation are discussed.     

典型热带海滨城市臭氧污染特征与成因分析

为深入探究典型热带海滨城市环境空气臭氧(O₃)污染特征与成因,于2019年6～10月在海南省海口市城区站点开展O₃及其前体物观测实验,较为全面地分析了O₃污染特征,基于观测的模型(OBM)识别了O₃生成控制区,分析了O₃前体物敏感性,并开展了O₃前体物减排效果评估.结果表明：(1)海口市O₃污染主要出现在9月和10月,观测期间O₃日最大8h滑动平均值范围为39～190μg·m^-3,O₃日变化呈单峰型,于14:00左右达到峰值.(2)海口市超标日NO_x和VOCs浓度高于达标日,前体物浓度的升高是导致O₃污染的内在因素,同时O₃污染受区域传输影响,污染物主要来自于海口市东北部地区.(3)海口市O₃生成处于VOCs和NO_x协同控制区.9～10月O₃     

长株潭城市群PM2.5中二次无机离子特征及生成机制

二次无机离子是大气PM_2.5的主要组分,其对城市霾污染的驱动作用愈发明显.目前长株潭城市群秋冬季PM_2.5污染形势依旧严峻,但该区域的二次转化对冬季霾污染过程以及秋冬季SNA差异特征的影响尚不明晰.2020年11月和2021年1月在长株潭城市群4个典型站点进行PM_2.5连续采样,并定量分析了SO₄^2-、 NO^-₃和NH⁺₄等组分.结果显示,秋季和冬季PM_2.5中ρ(SO₄^2-)、ρ(NO^-₃)、ρ(NH⁺₄)平均值(μg·m^-3)分别为(5.2±2.5)、(7.9±4.8)、(4.1±2.2)和(7.2±4.2)、(17.1±10.5)、(7.8±5.2).在冬季霾污染过程中,ρ(SO₄^...     

聊城市冬季PM2.5中水溶性化合物的昼夜变化特征及来源解析

为探究聊城市冬季PM_(2.5)中水溶性物质的昼夜变化特征及其来源,于2017年1～2月进行PM_(2.5)样品采集,对其水溶性无机离子、乙二酸和左旋葡聚糖等水溶性化合物进行分析,并采用主成分分析-多元线性回归模型(PCA-MLR)对其来源进行解析.结果表明,采样期间聊城市PM_(2.5)平均质量浓度为(132. 6±65. 4)μg·m-3,是国家二级标准的1. 8倍,且夜晚PM_(2.5)的污染程度略高于白天. SNA(SO24-、NO3-和NH4+)是聊城市PM_(2.5)中最主要的水溶性离子,在白天与夜晚占总离子的质量分数为73. 4%和77. 1%,说明聊城市冬季二次污染较严重.白天与夜晚阴阳离子平衡当量比值(AE/CE)都小于1,说明PM_(2.5)呈碱性,且夜晚PM_(2.5)的酸性比白天强.无论在白天还是晚上,NH4+的主要存在形态均为NH4HSO4和NH4NO3.通过相关性分析,证实了乙二酸是在液相中经酸催化的二次氧化反应形成的,且受生物质燃烧的影响很强.通过PCA-MLR模型分析可知,聊城市冬季PM_(2.5)中的水溶性化合物主要来自机动车尾气及其二次氧化、生物质燃烧,而受矿物粉尘与煤炭燃烧的影响较小.     

开封市不同功能区叶面尘重金属含量及潜在生态风险

以开封市5个功能区(文教区、旅游区、居民区、闹市区、工业区)叶面尘为研究对象,获得冬青(Ilex chinensis Sims.)及石楠(Photinia Lindl.)叶面尘样品22个.采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定叶面尘Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和Ni含量,用相关性分析对叶面尘重金属来源进行解析,同时应用地积累指数及潜在生态风险评价法分析不同功能区叶面尘重金属污染及潜在生态风险.结果表明:叶面尘Cd、Pb、Zn、Cu和Cr含量均显著高于开封市周边灰尘背景值.叶面尘Pb、Zn、Cd属于人为源重金属,Cr、Cu、Ni属于混合源重金属.叶面尘不同重金属地积累指数的大小顺序为CdPbZnCuCrNi,Cd为重污染,Pb和Zn为中污染,Cu和Cr为偏中污染,Ni无污染.7种重金属的单项潜在生态风险指数(Er)的顺序依次为CdPbCuZnCrNi,Cd达到极高生态风险,Pb达到中等生态风险,其余重金属为低生态风险.不同功能区潜在生态风险(RI)的顺序为工业区闹市区居民区文教区旅游区.所有功能区的RI均属于极高生态风险,Cd是最主要的致险因子.     

烟台市典型工业排放PM2.5源成分谱特征研究

鉴于烟台市本地化源成分谱研究缺乏的现状,以及颗粒物精细化来源解析及环境管理的需求,采用NK-ZXF颗粒物再悬浮采样器,对6家烟台市典型工业下载灰源样品进行再悬浮采样,构建6类〔燃煤电厂、供热锅炉、生物质锅炉、钢铁（烧结）行业、玻璃行业和垃圾处理行业〕PM_2.5源成分谱,并对PM_2.5源成分谱特征及其排放颗粒物携带重金属特征进行评估.结果表明:①燃煤电厂PM_2.5源成分谱的标识组分包括Si、Cl-和SO₄2-,其质量分数分别为15.2%、9.3%和7.8%;与燃煤电厂相比,供热锅炉排放的PM_2.5中w（OC）偏高、w（SO₄2-）偏低;生物质锅炉排放的主要组分有K、Cl-和OC等,其质量分数分别为7.4%、13.3%和8.6%;钢铁（烧结）行业PM_2.5源成分谱中w（Ca）、w（Fe）和w（Cl-）较高;SO₄2-和Ca为玻璃行业PM_2.5源成分谱的主要组分,其质量分数分别为20.6%、8.2%;垃圾处理行业重金属质量分数最高,其主要组分为Cl-和SO₄2-.②CD（coefficient of divergence,分歧系数）计算结果表明,各源成分谱有一定相异性（CD范围为0.53~0.70）,其中生物质锅炉与垃圾处理行业PM_2.5源成分谱差异（CD为0.70）最大.③各典型工业排放PM_2.5所携带重金属特征显示,垃圾处理行业排放PM_2.5中的重金属质量分数（2.3%）最高,燃煤电厂、供热锅炉、生物质锅炉和玻璃行业排放的重金属中Cr、Ni和Cu相对质量分数较高,钢铁行业和垃圾处理行业排放的重金属中Pb相对质量分数较高.研究显示,所构建的烟台市各典型工业排放PM_2.5源成分谱特征鲜明,能够反映各行业PM_2.5排放特征.      

基于鱼类和底栖动物生物完整性指数的济南市水体健康评价

F-IBI（fish index of biological integrity,鱼类生物完整性指数）和B-IBI（benthic-macroinvertebrate index of biological integrity,底栖动物生物完整性指数）在大尺度流域范围内应用较广,但在城市水体中的应用研究较少.为了解F-IBI和B-IBI在城市水体中的适用性,分别于2014年和2015年的5月、8月和10月分6次对济南市水体进行野外采样调查,共设46个采样点（其中,12个采样点位于水库,34个采样点位于河流）,采集底栖动物和鱼类,并测定了23个水环境因子.依据生物物种丰富度、种类个体数量比例、敏感性和耐受性、营养结构、繁殖共位群、物种多样性等功能属性,共计算底栖动物生物参数27个、鱼类生物参数22个.采用箱体图法和累计系数法,分别对河流型水体和水库型水体的生物参数进行筛选.根据百分位数法,共划分健康、较好、一般、较差、极差5个等级.通过Pearson相关性检验法判定鱼类和底栖动物评价结果的一致性.结果表明:①底栖动物总分类单元数、BMWP指数、鱼类物种数、鱼类个体数为河流型水体和水库型水体共同核心参数.②鱼类评价结果显示,健康样点6个、较好样点7个、一般样点9个、较差样点12个、极差样点12个,底栖动物依次分别为6、6、8、17、9个.③F-IBI和B-IBI相关系数为0.56,相关性较为显著.研究显示,济南市南部黄河区、小清河区东部生物完整性较高,城区东部及北部徒骇马颊河区生物完整性较差,鱼类和底栖动物评价结果具有较强的一致性.      

不同时间尺度下杭州市O3污染特征及控制因素

通过集中整治,我国空气质量已经有了明显改善,但在减排背景下近地面高ρ(O₃)仍是当前最复杂的大气环境问题之一.利用2011—2017年(尤其是杭州市G20峰会期间)ρ(O₃)、ρ(NO_x)、ρ(VOCs)和气象条件观测数据,分析了杭州市G20峰会期间及不同时间尺度下杭州市ρ(O₃)的变化特征及其影响因素.结果表明:①杭州市ρ(O₃)日变化呈单峰型特征,15:00左右ρ(O₃)达最大值(98.55 μg/m3);ρ(O₃)周变化存在“周末效应”,周末ρ(O₃)明显高于工作日;1 a中4—9月为ρ(O₃)高值期,ρ(O₃)峰值出现在5月和9月.以2013年为界,将2011—2017年ρ(O₃)变化分成下降和上升2个阶段,2011—2013年呈下降趋势,降幅约为15.02 μg/m3,2014—2017年呈上升趋势,增幅约为23.25 μg/m3.②减排措施的实施对ρ(O₃)存在双重作用,其可通过降低前体物质量浓度抑制O₃的生成,又能引起大气污染物质量浓度下降、太阳辐射增强,从而促进O₃的生成.当O₃前体物质量浓度较低时,在强太阳辐射等气象条件驱动下,近地面仍会呈现高ρ(O₃)的现象.③气象条件是驱动ρ(O₃)日、月变化的控制因素;相反,前体物质量浓度则是ρ(O₃)周、年变化的控制因素,此时VOCs或NO_x控制区、“周末效应”等ρ(O₃)变化特征开始显现.研究显示,不同时间尺度下杭州市O₃污染的控制因素不同.      

厦门市森林生态系统固碳服务评估

生态系统固碳服务是生态系统服务评估的重要指标之一,也是区域碳循环研究的重要组成部分,可以为减缓气候变化的区域碳管理提供决策依据.以厦门市森林生态系统为研究对象,选取VPM（Vegetation Photosynthesis Model）和ReRSM（Remote Sensing Model for Ecosystem Respiration）评估其2015年的固碳服务,并阐明其固碳服务的时空变异.结果表明:2015年厦门市森林生态系统固碳量（以C计）为31.36×104 t/a,平均固碳量为644.86 g/（m2·a）,其时间动态总体呈单峰曲线分布,但受台风影响该曲线波动较大.厦门市森林生态系统固碳量空间格局总体表现为西北边缘地区较高、其他地区相对较低,与DEM的空间分布较为相似,且绝大部分区域为碳汇区.厦门市分区统计显示,同安区森林生态系统面积和固碳量均最大,分别占厦门市总量的52.58%和57.10%,其与翔安区、集美区的固碳量之和占厦门市总量的88.27%,是厦门市森林生态系统固碳的主体;湖里区固碳量最少,平均固碳量仅为14.25 g/（m2·a）,几乎为碳中性.研究显示,厦门市森林生态系统具有较好的固碳能力.      

厦门市陆地生态系统空气负离子服务能力评估

为探讨厦门市陆地生态系统负离子的服务能力及其影响因素,以生态系统产生的有益于人类身心健康的空气负离子个数为表征指标,改进了空气负离子服务评估方法,基于空气负离子监测数据计算了厦门市空气负离子服务功能量,并分析了厦门市空气负离子的时空变化规律及其影响因子.结果表明:厦门市2015年空气负离子服务功能量为1.37×1025个,单位面积负离子服务功能量为0.8×1016个/m2.从行政分区来看,同安区空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的56.5%;从生态系统类型上看,森林生态系统空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的86.6%.厦门市空气负离子日浓度存在明显的"波峰"与"波谷",波峰主要分布01:00-07:00之间,波谷主要分布在12:00左右;厦门市空气负离子浓度存在明显的季节性变化特征,夏季生态系统空气负离子平均浓度为2 437个/cm3,约为春季的2倍;不同生态系统空气负离子浓度存在明显差异,如森林远大于草地、耕地等生态系统;对于大多数生态系统类型而言,空气负离子浓度主要受到温度和湿度的影响,表现为随着温度的升高而降低、随着湿度的升高而增加.研究显示,厦门市森林生态系统的空气负离子服务能力最强,乔木绿地空气负离子服务能力大于灌木、草本绿地,城市森林、乔木绿地面积越大,为人类提供的空气负离子服务越大.