Effect of NOx and SO2 on the photooxidation of methylglyoxal: Implications in secondary aerosol formation

Methylglyoxal(CH_3COCHO,MG),which is one of the most abundant α-dicarbonyl compounds in the atmosphere,has been reported as a major source of secondary organic aerosol(SOA).In this work,the reaction of MG with hydroxyl radicals was studied in a 500 L smog chamber at(293±3) K,atmospheric pressure,(18±2)% relative humidity,and under different NOx and SO_2.Particle size distribution was measured by using a scanning mobility particle sizer(SMPS) and the results showed that the addition of SO_2 can promote SOA formation,while different NOx concentrations have different influences on SOA production.High NOx suppressed the SOA formation,whereas the particle mass concentration,particle number concentration and particle geometric mean diameter increased with the increasing NOx concentration at low NOx concentration in the presence of SO_2.In addition,the products of the OH-initiated oxidation of MG and the functional groups of the particle phase in the MG/OH/SO_2 and MG/OH/NOx/SO_2 reaction systems were detected by gas chromatography mass spectrometry(GC-MS) and attenuated total reflection fourier transformed infrared spectroscopy(ATR-FTIR) analysis.Two products,glyoxylic acid and oxalic acid,were detected by GC-MS.The mechanism of the reaction of MG and OH radicals that follows two main pathways,H atom abstraction and hydration,is proposed.Evidence is provided for the formation of organic nitrates and organic sulfate in particle phase from IR spectra.Incorporation of NOx and SO_2 influence suggested that SOA formation from anthropogenic hydrocarbons may be more efficient in polluted environment.     

The study of biological activity of transformation products of diclofenac and its interaction with chlorogenic acid

In the present work we compared the biological activity of DCF, 4′-OHDCF and 5-OHDCF as molecules of most biodegradation pathways of DCF and selected transformation products (2-hydroxyphenylacetic acid; 2,5-dihydroxyphenylacetic acid and 2,6-dichloroaniline) which are produced during AOPs, such as ozonation and UV/H₂O₂. We also examined the interaction of DCF with chlorogenic acid (CGA). CGA is commonly used in human diet and entering the environment along with waste mainly from the processing and brewing of coffee and it can be toxic for microorganisms included in activated sludge. In the present experiment the evaluation of following parameters was performed: E. coli K-12 cells viability, growth inhibition of E. coli K-12 culture, LC₅₀ and mortality of Chironomus aprilinus, genotoxicity, sodA promoter induction and ROS generation. In addition the reactivity of E. coli SM recA:luxCDABE biosensor strain in wastewater matrices was measured. The results showed the influence of DCF, 4′-OHDCF and 5-OHDCF on E. coli K-12 cells viability and bacteria growth, comparable to AOPs by-products. The highest toxicity was observed for selected, tested AOPs by-products, in comparison to the DCF, 4′-OHDCF and 5-OHDCF. Genotoxicity assay indicated that 2,6-dichloroaniline (AOPs by-product) had the highest toxic effect. The oxidative stress assays revealed that the highest level of ROS generation and sodA promoter induction were obtained for DCF, 4′-OHDCF and 5-OHDCF, compared to other tested compounds. We have also found that there is an interaction between chlorogenic acid and DCF, which resulted in increased toxicity of the mixture of the both compounds to E. coli K-12, comparable to parent chemicals. The strongest response of E. coli SM biosensor strain with recA:luxCDABE genetic construct in filtered treated wastewaters, comparable to control sample was noticed. It indicates, that E. coli SM recA:luxCDABE biosensor strains is a good tool for bacteria monitoring in wastewater environment. Due to toxicity and biological activity of tested DCF transformation products, there is a need to use additional wastewater treatment systems for wastewater contaminated with pharmaceutical residues.     

2006-2017年四川盆地MODIS气溶胶光学厚度时空变化特征

四川盆地地形复杂、气候特殊,是我国颗粒物污染高发地.为探究四川盆地气溶胶分布和周期变化特征,深入认识气溶胶污染特性及其气候效应,结合卫星遥感探测方法,利用2006-2017年MODIS C006 3 km AOD（气溶胶光学厚度）产品,分析了四川盆地AOD的时空特征.结果表明:①MODIS AOD（MODIS数据反演的气溶胶光学厚度）与太阳光度计CE318观测的AOD、ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）线性相关系数分别为0.78、0.77、0.75,表明MODIS C006 3 km AOD产品适用于四川盆地颗粒物污染研究.②四川盆地AOD平均值范围为0.1~1.3,其中,成都平原和四川盆地东南部地区是AOD高值（AOD值>1.0）中心,四川盆地周边高海拔区AOD均小于0.3.③2006-2017年AOD年均值范围为0~2.5,整体呈"倒N型"曲线下降,其峰值和谷值分别出现在2013年和2017年;2013年AOD大于1.0的区域占四川盆地的34.1%,是12 a中颗粒物污染最重的一年;2017年AOD小于0.3的面积占57.1%.④AOD季节性变化呈春季最大、夏季次之、秋季最小的特征.⑤AOD月变化呈"双峰型"波动特征,AOD月均值范围为0~2.5,其中,2-5月AOD月均值均大于0.7,8月AOD月均值为0.6,11-12月AOD月均值均小于0.5.研究显示,四川盆地颗粒物污染防治应以成都平原城市群和四川省南部城市群为主,应重点控制细颗粒物排放,合理安排工业企业的周期性生产强度.      

加入SOA示踪的深圳大气PM2.5受体模型源解析

为厘清包括二次有机气溶胶（SOA）在内的深圳市区PM_2.5各种一次和二次来源贡献,本文于2017年9月2日~2018年8月29日在深圳市大学城点位开展PM_2.5样品采集,并进行化学组分和水溶性有机物（WSOM）质谱测量,共获得162组有效数据.观测期间深圳市大气PM_2.5平均质量浓度为26μg/m³,在传统PMF源解析的基础上加入羧基离子碎片（CO₂⁺）作为SOA的示踪物,加入水溶性有机氧（WSOO）用于计算各因子O/C,验证有机物解析效果.结果表明,SOA可以被独立解析出,其O/C明显高于其他一次污染源中有机物;机动车、二次硫酸盐、二次硝酸盐、SOA为最主要的4个源,对PM_2.5质量浓度的贡献分别为25%、23%、17%和10%,船舶、地面扬尘、老化海盐、建筑尘、生物质燃烧、燃煤和工业贡献均在5%以内.各个源的变化特征表明,机动车、二次硫酸盐、二次硝酸盐、SOA等源贡献呈现冬高夏低的季节特征,与冬季季风条件下源自内陆的污染传输密切相关.污染天气时,二次硝酸盐和SOA的贡献增加相对最显著,因此NOx和挥发性有机物是减排的关键.     

珠江口夏季海陆源有机碳的模拟研究——分布特征、贡献比重及其迁移转化过程

基于经过验证的三维水动力-水质模型,对珠江口夏季有机碳进行海陆源区分,并对海陆源有机碳的分布特征、贡献比重及其通量过程进行研究.结果表明,水平方向上,珠江口夏季陆源（海源）有机碳浓度从口门到外海逐渐降低（升高）,在表、底层海水中平均浓度分别为1.45和0.87mg/L（0.97和1.05mg/L）;垂直方向上,在层化水域陆源（海源）有机碳浓度从上到下逐渐递减（升高）,在非层化水域海陆源有机碳浓度垂向分布较为均匀.珠江口夏季海源有机碳贡献率表层海水低于底层海水,平均贡献率为48.26%,沿向海方向海源有机碳贡献率逐渐增加--从内伶仃洋水域的4.43%逐渐提升到外伶仃洋东侧水域的81.20%.珠江口水动力条件复杂,在径流、潮汐、季风等因素的作用下陆源有机碳向海输送且向海输送量逐渐递减;海源有机碳在不同水域动力输送特征不同,西南水域向海输送,向海输送量逐渐递增;东北水域向岸输送,向岸输送量逐渐递减.陆源有机碳生化反应活性较弱,只有小部分被生化过程消耗,其迁移转化主要由沉降过程控制,而海源有机碳的迁移转化,则由口门的动力输送过程主控向外海的生化耗碳过程主控过渡.此外,海源有机碳沉降作用明显低于陆源有机碳,生化作用明显高于陆源有机碳.     

利用HYSPLIT模型研究珠三角地区VOCs时空分布特征

于2016年在中国广东大气超级监测站,开展4个季节的VOCs长时间观测,共获得2142组有效数据,并利用HYSPLIT模型分析珠三角地区VOCs时空分布特征.结果表明,各类VOCs混合比和化学反应活性具有明显的季节变化特点.观测期间,VOCs平均浓度为（18.523±20.978）×10^-9,其中,低碳烯烃和苯系物二者混合比之和仅占46%,但贡献了85%的·OH消耗速率（L_OH）、82%的臭氧生成潜势（OFP）和97%的二次气溶胶生成潜势（SOAFP）.观测站点主要受来自北部内陆地区气团（1#）、西部内陆地区气团（2#）、台湾海峡南端气团（3#）以及南部海洋地区气团（4#）的影响.1#气团中炔烃和苯系物的混合比占比最高,分别达到10%、37%,而3#气团中低碳烷烃的浓度水平最高,达到（8.437±5.561）×10^-9.通过估算气团中VOCs的化学反应活性,可以发现,1#气团的VOCs化学反应活性最强,其对O₃和SOA的生成贡献最高.1#、2#、3#和4#气团中VOCs的化学反应活性主要由苯系物和低碳烯烃贡献.     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

基于静止卫星GOCI传感器的大气污染过程AOD监测

针对北京及周边地区2017年11月2~8日的一次污染过程,利用韩国静止卫星COMs1GOCI数据,对北京地区进行AOD监测.AOD反演采用时间序列迭代算法,根据地表反射率随时间慢变而大气气溶胶随时间快变的理论,采取最小值拟合的方式,获取气溶胶光学厚度数据.反演结果与地基AERONET监测结果具有很好的一致性,两者的相关系数R²大于0.89.AOD监测结果表明,GOCI传感器1次/h的监测频率,可以很好地展现北京地区大气污染过程的开始,发展及消散过程,可以展示出一天之内AOD的变化,为大气污染监测以及气候变化研究提供依据.     

渤海大气气溶胶元素组成及物源分析

利用电感耦合等离子体-光发射光谱法(ICP-OES)分析了2000年夏季渤海大气气溶胶样品,给出了渤海气溶胶污染物浓度分布特点,结合气象资料和富集因子进行了元素物源分析.分析结果表明,辽东湾的污染程度高于其他海区,气溶胶中含量最高的元素是Zn(1638ng/m3),含量最低的是V(2ng/m3).渤海气溶胶中Pb、Zn、Cu和Ni等具有较高的富集因子.辽东湾Pb的富集因子达4000以上,Zn的富集因子普遍大于其他海区.Pb、Mn、Cu、V等含量的相对大小与同期北京的分析结果一致.综合分析表明,渤海大气严重受到陆地人为排放污染物的影响.     

大连市区大气气溶胶的无机化学特征分析

通过对大连市的两个采样点从2002年4月至12月三个期间的气溶胶的三种粒径的采样分析,结果表明,大连市区气溶胶中PM10质量浓度约占TSP的50%,PM2.5质量浓度约占TSP的30%;8种可溶性离子在不同粒径气溶胶中所占的比例,随着粒径的减小而增大,冬季的SO42-、NO3-、NH4 在各种粒子中含量高于夏季,沙尘暴期间各种可溶性离子在不同粒径颗粒物中的含量较低;11种常见元素在细粒子中的含量比粗粒子中的含量高,春季各种粒子中的元素含量要高于冬季.