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持久性毒害有机物(persistent toxic organic substances，PTS)是一类主要由人类活动产生的有毒化学物质。这类化合物可以在环境里长期的存留，通过大气在全球范围进行长距离迁移。它们具有极强的亲脂性，可以通过食物链(网)进入到有机体的脂肪组织里蓄积，并随营养级逐级放大。最终会对生物体和人类产生毒性效应和健康危害。当前，PTS的长距离大气传输是研究的热点问题之一。研究表明，从中低纬度源区排放进入环境的PTS，可以通过大气传输，对南北两极的环境造成影响。东亚地区是当前世界上经济发展最快的区域，同时也是全球PTS排放的重要源区。然而，在其相连的太平洋上却鲜有关于PTS长距离大气传输的工作展开。这主要是由于长距离大尺度观测受到项目资金以及人员、技术协调上的限制所致。本论文以1998至2003年间“雪龙号”三次极地科学考察为平台，利用船载大流量采样器，对从东海海域-南印度洋-南极大陆，以及渤海海域-北太平洋-北冰洋的沿途洋大气进行采集，对海洋大气中的PTS展开研究，以期掌握PTS在大尺度空间范围内的纬度分布以及时间序列变化。在此基础上，综合运用分子标志物技术，手性组成分析，并结合气团轨迹还原以及卫星数据，对PTS从低纬度的源区到极地的大尺度空间的组成变化，圈层交换以及来源示踪方面进行了较深入的研究。主要研究成果包括：
1)首次报道了多溴二苯醚类溴代阻燃剂在南北两极间的海洋大气中的浓度水平和空间分布。PBDEs较高浓度均出现在离陆地较近的海域；对比1999和2003两次航次的观测结果，北太平洋以及北极地区的海洋大气中PBDEs的浓度在四年间提高了一个数量级，且组成发生变化；北太平洋上PBDEs大气浓度随纬度升高显著降低，而在北极地区则无明显纬度趋势。前者是由于在传输过程中大气稀释，沉降作用以及大气降解共同作用所致，后者则是由于北极地区不稳定的大气循环以及充分的大气混和所致；南极地区的PBDEs污染来自南极大陆本身，而非长距离大气传输；北极地区观测到的较高浓度的PBDEs主要受北美源区输入以及温度效应共同作用所致；
2)首次报道了多环芳烃在北太平洋以及北极地区的浓度水平和空间分布。远东亚地区的海面上观测到最高浓度的PAHs，北太平洋和北极地区PAHs浓度依次递减；气相PAHs大气浓度随纬度升高显著降低，主要是由于在传输过程中大气稀释，光降解以及温度效应的共同作用所致。颗粒相PAHs则无明显纬度趋势，可能是以上三种作用相互抵消的结果；运用稳定异构体对(Flu/Py和InP/BghiP)和非稳定异构体对(1,7/2,6-DMP和An/Phe)对PAHs来源以及气团“老化”过程进行识别。结果显示在北极地区，PAHs的来源与煤燃烧有关，在北太平洋，其来源以生物质燃烧为主，卫星图片显示与俄罗斯境内的森林大火直接有关；
3)近十年内首次报道了六六六类有机氯农药在北太平洋以及北极地区的空间分布。∑HCHs的浓度从远东亚，北太平洋到北极地区，依次降低。六六六的浓度水平较十年前降低了一个数量级；长距离大气传输过程中a-HCH和γ-HCH因各自的物理化学性质不同，会引起异构体间非等比例的降解。因此，仅仅通过化合物比值(a/γ-HCH)来确定传统六六六来源的方法，不适用于海洋大气环境；对a-HCH手性组成的研究表明，左消旋异构体富存于大气中，其富集程度较十年前显著提高；通过逸度模型分析，确定海洋的二次释放是北冰洋大气中HCHs的重要来源；
4)近十年内首次报道了滴滴涕类有机氯农药及其降解产物在北太平洋以及北极地区的空间分布。结果显示，辽东半岛和俄罗斯东部沿海地区为两个DDTs浓度较高的区域；在远东亚地区，P,P-DDT和o,p-DDT均有新近输入，二者对大气中DDT的污染均有贡献；在北太平洋上，o,p-DDT为主要化合物，o,p-DDT有新近的输入，而P,P-DDT为大气残留；北极地区DDT的组成特征与北太平洋相似。o,p-DDT为主要化合物；DDT浓度随纬度升高显著降低。据此估算的特征传输距离(CTD)在1175±199 km至2096±435 km之间。