近年来在我国大气污染减排政策的持续实施下，冬季雾霾污染出现显著改善，但是细颗粒物中硝酸盐的浓度仍居高不下。五氧化二氮（N2O5）非均相反应作为硝酸盐生成的重要途径（Environ. Sci. Tech. Let，2017, 4, 416-420），准确定量该反应速率对于厘清冬季硝酸盐污染形成机制具有重要意义（如图1）。前期研究发现我国夏季的N2O5摄取系数（γN2O5）较国外普遍较高（Atmos. Chem. Phys., 2018, 18, 9705-9721; Atmos. Chem. Phys., 2018, 18, 13155-13171; Atmos. Chem. Phys., 2017, 17, 12361-12378），但我国冬季的N2O5摄取系数定量和相关的控制因素研究还十分缺乏。
2020年5月15日，Science Bulletin在线发表了北京大学陆克定课题组及合作团队完成的题为“Wintertime N2O5 uptake coefficients over the North China Plain”的研究论文，北京大学博士后王海潮为该论文的第一作者。该研究系统定量了我国华北地区污染过程中冬季N2O5摄取系数水平，揭示了控制N2O5摄取的关键影响因素，并提出了适用于华北地区N2O5摄取系数预测的参数化新方案。
图1. 硝酸盐化学生成机制概念图
张远航院士领衔的北京大学大气化学研究团队于2016年1-3月在北京地区开展了针对冬季大气氧化性来源和效应的大型综合观测实验。陆克定课题组对大气中影响N2O5非均相反应的关键参数进行了全过程观测。该研究首次通过外场实测定量了我国冬季污染过程的N2O5摄取系数。发现N2O5摄取系数（中位值0.0032）远低于美国东部城市群地区（中位值0.014）以及美国中部地区（中位值0.076）冬季观测的结果；发现华北地区颗粒物硝酸盐和颗粒有机物抑制了N2O5非均相摄取，但颗粒物凝聚态水促进了N2O5非均相摄取（如图2）。其机理解释为颗粒有机物镀膜降低了颗粒物表面的反应活性，颗粒物硝酸盐抑制了N2O5液相解离，而颗粒物中凝聚态水则促进N2O5的解离和后续体相反应。
图2. 摄取系数γ(N2O5) 和相对湿度（RH）、颗粒物凝聚态水和硝酸盐摩尔比（H2O/NO3-）、颗粒物中有机物质量浓度占比（Organic wet mass fraction）以及颗粒物中氯盐和硝酸盐摩尔比（Cl-/NO3-）之间的响应关系
进一步研究发现基于实验室动力学研究提出的参数化方案不能模拟实际大气条件下的γN2O5，且模拟结果存在系统性偏高。在本研究中，综合考虑了颗粒物粒径分布差异、含水量、硝酸盐和有机物的影响，提出了新的参数化模拟方案，实现了γN2O5准确模拟（图3）。该研究结果对于我国冬季硝酸盐污染的化学成因分析与提高硝酸盐污染模拟的准确度具有重要意义。
图3. 实际观测定量的N2O5摄取系数（黑色圆点）和模型预测的结果比对，其中经典预测方案1（BT09w/oCl）为蓝色，经典方案2(BT09w/oCl+Rie09)为橘黄色，本研究提出的新参数化方案为红色(size resolved BT09w/oCl +Rie09)
本研究受到国家自然科学基金(No. 21976006, 41907185, 91844301, 91544225), 北京市杰出青年基金(No. JQ19031)，中国博士后基金会的资助 (No. 2018M641095, 2019T120023)。
原文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927320300670 + https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.02.006