HONO白天来源对我国东部沿海地区空气质量的影响

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OH自由基是对流层中最重要的氧化剂。作为OH自由基的重要来源之一,HONO的明显变化可显著影响O3、气溶胶等污染物的浓度。目前HONO白天来源认识不足,造成空气质量模式低估HONO白天观测值。改进HONO白天模拟结果,是目前空气质量模式研究的关键问题之一。  首先以黑碳为例,将黑碳表面光催化非均相反应形成HONO的机制参数化,并耦合到WRF-Chem模式,评估了摄取系数(γ)变化对大气中HONO、O3、HOx、NO3-、NH4+浓度影响。结果表明,γ是影响HONO非均相来源的重要参数,当γ≤10-5时,对HONO、HOx、O3、NO3-、NH4+组分浓度的影响很小;当γ≥10-3时,模式明显高估HONO观测值;γ的合理量级可能为10-4。当夜间γ取10-4,白天γ为J(NO2)/10时(J(NO2)为NO2光解率),HONO夜间增量为0.4~1.8ppb,HOx(=OH+HO2)增量约10~50%,O3增量为2~6%,NO3-增量为5~21%,NH4+增量约6~17%。  然后,利用全球13个站点73组有效数据,确定了HONO白天未知源(Punknown)与NO2浓度以及J(NO2)之间的函数关系:Punknown≈19.60×[NO2]×J(NO2),并将其耦合到WRF-Chem模式。模拟结果表明,Punknown高值分布于我国沿海高NOx排放地区,京津冀地区高达2.5ppb h-1,长江三角洲地区高达2.0ppb h-1,珠江三角洲地区高达1.2ppb h-1。考虑HONO新增来源(Punknown,HONO源排放以及夜间HONO非均相形成)后,HONO白天主要通过OH与NO反应和Punknown生成;夜间主要通过NO2在气溶胶表面的水解反应生成。  Punknown显著改善HONO和OH白天时段的模拟,我国东部沿海地区近地面白天OH、HO2和RO2均值分别增加了60-210%、120-250%和80-180%。考虑HONO新增源后,HONO光解成为我国东部沿海地区OH的第二重要来源,白天最大值可达0.89~3.72[Puown贡献0.62~3.06] ppb h-1; HO2与NO反应是OH的最大来源,白天最大值为2.63~9.38[Punknown贡献1.15~7.23] ppb h-1。另外,Punknown显著增加我国东部沿海地区OH、HO2和RO2生成率、损耗率以及相互之间的转化速率,加速了该地区大气中ROx(=OH+HO2+RO2)的循环过程。  Punknown可显著增加我国东部沿海地区O3生成率(P(O3))和O3损耗率(L(O3)),增升O3和气溶胶主要无机组分的月均、时均浓度。P(O3)和L(O3)白天均值分别增加0.80~2.95ppb h-1(30~115%)和0.03~0.21ppb h-1(8~32%);O3白天8小时最大浓度增加1.90~7.24ppb(2~10%),时均最大增量可达9.00~35.00ppb; NO3-、NH4+和SO42-月均浓度分别增加0.01~5.64μg m-3(1~23%)、0.14~1.28μg m-3(2~20%)和0.72~2.54μg m-3(9~22%)。  总体上,HONO白天来源引起我国东部沿海地区大气中ROx自由基浓度的增加,加速ROx自由基之间的化学循环,增强大气的氧化能力,引起该地区O3和气溶胶无机组分的升高。
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