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中国经济的快速发展和城市化进程的加速导致中国各大城市的大气污染物排放量居高不下，尤其是北方冬季频发的灰霾天气，引起社会各界的广泛关注。重污染最典型的特征之一是高浓度的细颗粒物(PM2.5)，其中有机气溶胶(OA)是重要的组成部分，质量浓度占到30-60％。北京近些年空气质量已大幅改善，但重污染天气仍时有发生，尤其是秋冬季。因此，深入开展北京地区有机气溶胶的观测对于研究其来源特性、制定科学的减排政策有着重要的意义。目前关于北京冬季重霾期间的研究，大多关注无机盐(如硫酸盐)的生成过程;高湿条件下有机气溶胶液相氧化相关的物理、化学过程仍然很不清楚。此外，北京地区关于有机分子在线观测的报道还非常有限，对大气中多种气态和颗粒态有机分子进行识别和定量，对有机气溶胶气态前体物和生成机制的研究具有重要意义。
本研究采用气溶胶质谱仪(AMS)对有机气溶胶的质量浓度进行在线观测，并结合正矩阵因子分析法(PMF)对观测到的OA进行来源解析。同时，采用碘离子-化学电离质谱仪(I-CIMS)结合气体和气溶胶进样口(FIGAERO)，对北京地区大气中的气态和颗粒态分子进行实时在线观测，进而对北京地区有机气溶胶的分子组成提供新的观测事实。最后，通过挑选冬季高湿、重霾污染时段作为个例进行研究，结合在线和离线有机气溶胶的样品分析，研究液相过程中二次有机气溶胶(SOA)的生成。本研究的主要结论如下:
1)基于2015年秋季阅兵期间地面和260米处的同步观测，揭示了OA对源排放控制措施的响应机制，并结合北京近十年源解析结果，量化了不同OA排放源的变化特征。研究发现，OA是北京地区可熔性亚微米气溶胶(NR-PM1)的最主要组成(34-52％)，其中SOA占OA的49-65％。低挥发性二次源(LV-OOA)占比为32-45％，大于半挥发性二次源(SV-OOA，17-27％)，表明北京地区OA整体偏老化的特性。一次有机气溶胶(POA)中，餐饮源(COA)近些年来对OA的贡献较为稳定(～16％)。化石燃料燃烧源(FFOA)随季节变化明显，受燃煤源的影响，在冬季贡献可达到26％。阅兵期间，由于减排方案的实施，地面机动车源(HOA)和LV-OOA的质量浓度明显降低，分别减少了57％和75％，表明排放源和气态前体物的减少;而COA(32％)和SV-OOA(14％)对源排放措施的响应相对不明显。260米处，POA和SOA表现出相当的源排放响应(分别减少35％和36％)，表明较为均匀的边界层混合和区域老化的特性，因此可以用来近似评估区域源排放措施(输送到该站点)对气溶胶化学组分的影响。整体上，地面和260米处PM1质量浓度减排分别为47％和38％;结合气团来源的分析结果，本文发现为保障北京地区的空气质量，本地管控结合区域联防联控的源排放控制措施对于降低污染物浓度的必要性。
2)深入研究了北京地区夏季气态和颗粒态有机分子的化学组成和气-粒分配平衡。研究发现气态和颗粒态有机分子中，含有5个和10个碳原子(C)的分子表现出较高的信号占比和较低的平均氧化态，表明北京地区夏季植物排放的异戊二烯(C5H8)和单萜烯(C10H16)作为SOA主要气态前体物的可能性。此外，颗粒态有机分子中含有7个C原子的分子也表现出相同的趋势，表明苯系物质(如甲苯C7H8)以气溶胶态的形式排放到大气中，并参与后续氧化反应的可能性。最后，通过比较不同元素组成的有机分子气态和颗粒态信号的比值，本研究发现碳的平均氧化态可以在一定程度上表征该有机分子在实际大气中的气-粒分配状态。
3)通过对2016年冬季极端重污染事件的分析，揭示了有机气溶胶在重污染期间的来源和演化机制，特别是液相反应生成二次有机气溶胶的过程。重污染期间，SOA占OA质量浓度的46-66％，表明OA的二次源生成在重污染期间的重要性。特别地，本研究解析出一个与液相过程相关的二次因子aq-OOA，该因子与硫酸盐(r2=0.76)和气溶胶中液态水含量(r2=0.74)的变化趋势相似，并且在高相对湿度(RH)条件下，峰值浓度达到40μg m-3(质量百分比接近40％)，表明液相过程主导aq-OOA的生成。通过对高湿污染个例的研究发现:第一，aq-OOA位于f44(有机物谱图中m/z44信号的占比)比f43图中一个特定的区域;结合RH观测，此区域可用来作为参考，判断aq-OOA因子或液相氧化过程的存在。第二，水溶性有机物(WSOA)中较高的生物质燃烧源(BBOA)占比和aq-OOA中f60明显高于其他SOA因子的事实，表明BBOA作为aq-OOA前体物的可能性较大。第三，高相对湿度条件下观测到较高的f29，表明了液相过程中伴随羟基官能团的生成。最后，结合多种标准样品中不同含S碎片的比例，本研究估算出此次高湿重污染期间观测到的硫酸盐中，有机硫酸脂(OS)和甲磺酸(MSA)的贡献分别为19％和4.6％。
本研究采用气溶胶质谱仪(AMS)对有机气溶胶的质量浓度进行在线观测，并结合正矩阵因子分析法(PMF)对观测到的OA进行来源解析。同时，采用碘离子-化学电离质谱仪(I-CIMS)结合气体和气溶胶进样口(FIGAERO)，对北京地区大气中的气态和颗粒态分子进行实时在线观测，进而对北京地区有机气溶胶的分子组成提供新的观测事实。最后，通过挑选冬季高湿、重霾污染时段作为个例进行研究，结合在线和离线有机气溶胶的样品分析，研究液相过程中二次有机气溶胶(SOA)的生成。本研究的主要结论如下:
1)基于2015年秋季阅兵期间地面和260米处的同步观测，揭示了OA对源排放控制措施的响应机制，并结合北京近十年源解析结果，量化了不同OA排放源的变化特征。研究发现，OA是北京地区可熔性亚微米气溶胶(NR-PM1)的最主要组成(34-52％)，其中SOA占OA的49-65％。低挥发性二次源(LV-OOA)占比为32-45％，大于半挥发性二次源(SV-OOA，17-27％)，表明北京地区OA整体偏老化的特性。一次有机气溶胶(POA)中，餐饮源(COA)近些年来对OA的贡献较为稳定(～16％)。化石燃料燃烧源(FFOA)随季节变化明显，受燃煤源的影响，在冬季贡献可达到26％。阅兵期间，由于减排方案的实施，地面机动车源(HOA)和LV-OOA的质量浓度明显降低，分别减少了57％和75％，表明排放源和气态前体物的减少;而COA(32％)和SV-OOA(14％)对源排放措施的响应相对不明显。260米处，POA和SOA表现出相当的源排放响应(分别减少35％和36％)，表明较为均匀的边界层混合和区域老化的特性，因此可以用来近似评估区域源排放措施(输送到该站点)对气溶胶化学组分的影响。整体上，地面和260米处PM1质量浓度减排分别为47％和38％;结合气团来源的分析结果，本文发现为保障北京地区的空气质量，本地管控结合区域联防联控的源排放控制措施对于降低污染物浓度的必要性。
2)深入研究了北京地区夏季气态和颗粒态有机分子的化学组成和气-粒分配平衡。研究发现气态和颗粒态有机分子中，含有5个和10个碳原子(C)的分子表现出较高的信号占比和较低的平均氧化态，表明北京地区夏季植物排放的异戊二烯(C5H8)和单萜烯(C10H16)作为SOA主要气态前体物的可能性。此外，颗粒态有机分子中含有7个C原子的分子也表现出相同的趋势，表明苯系物质(如甲苯C7H8)以气溶胶态的形式排放到大气中，并参与后续氧化反应的可能性。最后，通过比较不同元素组成的有机分子气态和颗粒态信号的比值，本研究发现碳的平均氧化态可以在一定程度上表征该有机分子在实际大气中的气-粒分配状态。
3)通过对2016年冬季极端重污染事件的分析，揭示了有机气溶胶在重污染期间的来源和演化机制，特别是液相反应生成二次有机气溶胶的过程。重污染期间，SOA占OA质量浓度的46-66％，表明OA的二次源生成在重污染期间的重要性。特别地，本研究解析出一个与液相过程相关的二次因子aq-OOA，该因子与硫酸盐(r2=0.76)和气溶胶中液态水含量(r2=0.74)的变化趋势相似，并且在高相对湿度(RH)条件下，峰值浓度达到40μg m-3(质量百分比接近40％)，表明液相过程主导aq-OOA的生成。通过对高湿污染个例的研究发现:第一，aq-OOA位于f44(有机物谱图中m/z44信号的占比)比f43图中一个特定的区域;结合RH观测，此区域可用来作为参考，判断aq-OOA因子或液相氧化过程的存在。第二，水溶性有机物(WSOA)中较高的生物质燃烧源(BBOA)占比和aq-OOA中f60明显高于其他SOA因子的事实，表明BBOA作为aq-OOA前体物的可能性较大。第三，高相对湿度条件下观测到较高的f29，表明了液相过程中伴随羟基官能团的生成。最后，结合多种标准样品中不同含S碎片的比例，本研究估算出此次高湿重污染期间观测到的硫酸盐中，有机硫酸脂(OS)和甲磺酸(MSA)的贡献分别为19％和4.6％。