南岭大气背景站异戊二烯的在线观测研究

摘要

森林植物排放出大量异戊二烯，对森林及其周边大气臭氧污染和二次有机气溶胶生成具有重要作用。在光化学活跃区的森林受到周边城市大气污染的输送和影响，植物排放受生态迫胁作用而加强，森林大气光化学作用特别活跃，对区域大气复合污染形成具有十分重要的研究意义。为此，分别在2015年和2016年的7~11月,选取我国大气复合污染典型区域珠江三角洲北部的广东南岭国家大气背景站为观测点，应用预浓缩-气相色谱/质谱联用等连续在线监测仪器进行现场测量，研究了广东南岭国家大气背景站大气中异戊二烯的含量水平、变化特征、光化学特征及典型天气条件下的影响机制。 主要研究结论如下： （1）与国内外其它背景站相比，广东南岭国家大气背景站的异戊二烯浓度总体水平相对较低。观测期间内异戊二烯日均浓度为0.169±0.172ppbv，在TVOC的含量占比为8.95%，但其OFP贡献率为24.43%，是对OFP的贡献最大的VOC物种。大气中异戊二烯含量呈现出明显的季节变化和日变化特征。湿季(0.262±0.178ppbv)高于干季(0.081±0.089ppbv)；昼间(0.247±0.332ppbv)高于夜间(0.071±0.129ppbv)，浓度峰值出现在午后。 （2）森林大气异戊二烯浓度受环境气象条件影响显著。异戊二烯浓度与环境温度呈正指数相关关系。湿季环境温度对植物异戊二烯排放的影响更大，而在干季则相对较弱。静风条件下异戊二烯的浓度水平最高，说明本地植物排放是其主要来源。 （3）观测期间检测出高浓度的异戊二烯的二次反应产物，表明韶关南岭站的大气光化学活性较强。MVK和MACR是异戊二烯大气光化学反应生成的特征标志物，其浓度水平分别为：0.168±0.132ppbv和0.094±0.060ppbv。因为大气中MACR比MVK光化学反应活性更强的原因，在白天具有较高的MVK/MACR比值，反映出森林大气光化学演化较强；而在夜晚异戊二烯主要与臭氧或NO3发生反应，导致MVK与MACR的比值降低，并使得MACR的日变化曲线呈现双峰分布的特点。 （4）韶关南岭站异戊二烯含量主要受本地源排放影响，而受外来源输入影响较小。基于异戊二烯的光降解反应机理，估算出南岭森林大气中异戊二烯的平均光化学寿命为42min，变化范围为6min~78min。由此可以推断周边城市的气团中携带的异戊二烯在长距离传输过程中发生光化学损耗，因此本站点异戊二烯含量受外来源输入影响较小。 （5）在大气污染天气过程的影响条件下，森林大气中异戊二烯含量显著增加，表明高浓度污染物会促进植物排放异戊二烯。O3污染日的气象条件是高温静风，有利于异戊二烯的排放；且高浓度O3污染的输入可能对森林植物存在生物胁迫效应，促使植物异戊二烯排放的显著增加。另一方面，从城市输送来的高浓度大气污染物会影响森林大气中异戊二烯的光化学反应，使异戊二烯的降解反应更为活跃。可见，生态胁迫效应促进排放增加量大于光化学损耗量，导致了森林大气中异戊二烯含量显著增加。

目录

声明

第1章 前言

1.1研究背景

1.2异戊二烯的概述

1.3国内外研究现状

1.4研究目的和意义

1.5研究内容和技术路线

第2章 实验部分

2.1样品采集

2.2样品分析

2.3质量控制与保证

2.4小结

第3章 南岭大气背景站异戊二烯的含量水平及其变化特征分析

3.1异戊二烯的含量水平

3.2变化特征

3.3气象因素对异戊二烯含量的影响

3.4异戊二烯的含量占比和臭氧生成潜势

3.5小结

第4章 南岭大气背景站异戊二烯的光化学特征分析

4.1异戊二烯关键产物的分析

4.2异戊二烯在清洁大气中的光化学过程分析

4.3异戊二烯初始排放浓度水平的估算

4.4异戊二烯光化学寿命的估算

4.5本章小结

第5章 典型污染天气过程对异戊二烯的影响分析

5.1 O3污染天气对异戊二烯的影响分析

5.2台风天气对异戊二烯的影响分析

5.3本章小结

第6章 结论、创新与展望

6.1主要结论

6.2特色与创新

6.3存在问题与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢