地球環(huán)境研究所在城市減排對(duì)周邊地區(qū)大氣PM2.5化學(xué)特征的影響方面取得進(jìn)展

近年來，隨著我國(guó)人為污染物排放的持續(xù)下降，大氣PM2.5濃度整體呈現(xiàn)顯著降低的積極態(tài)勢(shì)。目前，對(duì)二次氣溶膠的生成和轉(zhuǎn)化過程仍缺乏全面的研究，尤其是分子層面的生成機(jī)制尚不明確，這已成為制約PM2.5深度減排的關(guān)鍵瓶頸。

2021至2022，為防控疫情傳播，西安市實(shí)施了包括交通、工業(yè)及居民活動(dòng)在內(nèi)的全面管控措施，導(dǎo)致人為污染物排放顯著下降，為研究二次氣溶膠生成對(duì)PM2.5污染的貢獻(xiàn)提供了寶貴契機(jī)。地球環(huán)境研究所李建軍研究員課題組于2021年至2022，在關(guān)中平原國(guó)家站開展了大氣PM2.5的實(shí)地觀測(cè)，覆蓋了西安封控前、封控期間以及解封后春節(jié)期間的三個(gè)典型排放情景。研究對(duì)PM2.5中的碳質(zhì)組分、水溶性離子及有機(jī)化合物組分進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對(duì)二次氣溶膠的生成機(jī)制進(jìn)行了深入探討。

研究結(jié)果顯示，盡管封控期間嚴(yán)格的管控措施導(dǎo)致NO2和SO2濃度顯著下降，但PM2.5濃度卻不降反升，甚至出現(xiàn)兩次超過200 μg·m-3的嚴(yán)重污染事件。分子示蹤分析與源解析結(jié)果表明，與封控前相比，封控期間生物質(zhì)燃燒對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)增加了70%以上，這可能源于居家隔離期間郊區(qū)取暖和烹飪所用生物質(zhì)燃料的增加。此外，液相氧化過程在封控期間生成了大量二次氣溶膠，對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)超過50%，在重度污染事件中甚至達(dá)到了72%。春節(jié)期間，煙花燃放釋放的金屬離子顯著促進(jìn)了硫酸鹽的液相生成，使二次硫酸鹽相關(guān)來源對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)上升至33%。研究揭示了生物質(zhì)燃燒/煙花燃放與液相氧化之間的協(xié)同作用對(duì)二次氣溶膠生成的重要貢獻(xiàn)，并指出不均衡的減排措施可能會(huì)加劇污染物間的相互作用，從而導(dǎo)致空氣質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。因此，實(shí)現(xiàn)有效的空氣質(zhì)量管理需采取多種污染物協(xié)同控制的減排策略。

上述研究成果近期發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊iScience，該項(xiàng)工作得到了陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2025JC-YBQN-450）、黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（SKLLOG2307）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42407156）和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。

Yali Liu, Xiao Guo, Yifan Zhang, Yue Cao, Yingkun Jiang, Weining Qi, Minxia Shen, Lu Li, Qian Wang, Wenting Dai, Jianjun Li. Chemical Characteristics of Wintertime PM2.5 in Background Region of Northwest China During Urban Emission Reduction. iScience, 2025, 113528.

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113528

圖1 觀測(cè)期內(nèi)氣象參數(shù)(a)和PM2.5主要化學(xué)組分濃度（b-e）的時(shí)間序列

圖2 西安封控期間(a)和春節(jié)期間(b)，NOR、SOR和ALWC隨RH的升高趨勢(shì)

圖3 西安封控前，封控期間和春節(jié)期間PM2.5的來源解析