作者:张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/23 19:32:50
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研究揭示化石燃烧源水汽对关中地区冬季雾霾贡献

 

                               (a)化石燃烧源水汽对于PM2.5浓度贡献;(b) 化石燃烧源水汽对于PM2.5浓度贡献百分比; (c) 化石燃烧源水汽对于关中盆地PM2.5浓度贡献的空间分布; (d) 化石燃烧源水汽对于关中盆地PM2.5浓度贡献比例的空间分布

水汽作为颗粒物湿增长的重要媒介,其含量的升高会加速NOx、SO2等一次污染物的液相氧化反应,促进新粒子的生成,导致雾霾事件进一步恶化。但是,人类在燃烧天然气、石油、煤等化石燃料时也会向大气输送水汽,即化石燃烧源水汽。但是,在大气化学领域,目前对于化石燃烧源水汽在大气颗粒物液相氧化中的贡献仍无法定量。

中科院地球环境研究所和南京大学/路易斯州立大学的研究人员利用在西安市收集的3个采暖季的大气水汽同位素组成及相关大气化学观测数据,并结合WRF-Chem模型,分离出了关中地区冬季雾霾过程中,化石燃烧源水汽在大气水汽中的占比及其对于大气PM2.5浓度的贡献。

研究相关结果近日发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。

研究人员首先分析了西安市主要化石燃料煤、汽油、天然气燃烧过程中产生的水汽同位素组成,确定了西安市化石燃烧源水汽同位素端元值,并综合西安市3个采暖季高分辨率的大气水汽氢氧同位素观测数据,定量计算了化石燃烧源水汽对于大气水汽的贡献。

研究结果表明,在冬季采暖季,化石燃烧源水汽对于大气水汽平均贡献为6.2%,而在重霾事件过程中,随着PM2.5浓度的上升,往往伴随着水汽浓度、相对湿度升高及水汽d18Ovap逐渐偏正、dvap-excess逐渐偏负的过程。该过程对应大气边界层不断下降,燃烧源水汽在边界层中不断积累,占比不断升高的过程。

研究人员利用WRF-Chem模型的模拟结果表明,化石燃烧源水汽对于关中地区大气总PM2.5平均贡献为2.8%,最高为8%;而对人为贡献的PM2.5的占比平均为5.1%,最高为18.2%。

他们对化石燃料燃烧的研究表明,产生同样热量前提下,燃烧天然气生成的水汽质量是烧煤生成水汽的近3倍。考虑到化石燃烧源水汽对于冬季霾污染中大气PM2.5浓度增长难以忽略,为此,他们提出,大范围煤改气工程时应考虑化石燃烧源水汽排放增加的负面影响。

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1922840117

 

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