研究证实了城市空气质量之谜的缺失

尽管微粒污染对健康构成了显著的威胁，但科学家们仍然无法了解微粒污染形成和演变的基本方面。

这一点尤其适用于微粒(也称为气溶胶)的有机部分，其中大部分是由大气氧化有机气体形成的。与现场测量相比，计算机模型低估了这种所谓的“二次”有机气溶胶，这表明模型要么缺少一些重要的来源，要么没有描述导致二次有机气溶胶形成的物理过程。

卡内基梅隆大学与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)合作的新研究揭示了一个未被充分认识的SOA来源，这可能有助于缩小这一模型测量差距。发表于环境科学与技术该研究表明，传统上不考虑的挥发性有机化合物对城市SOA的贡献可能与长期考虑的来源如汽车排放物和树叶呼吸气体一样多或更多。

“我们的实验表明，在人口众多的地区，你只能用车辆和树木的传统排放来解释大约一半的SOA，”机械工程教授和该项研究的相应作者艾伯特·普雷斯托(Albert Presto)说。“我们将另一半归因于这些非传统挥发性有机化合物。”

2018年，美国国家海洋和大气管理局的研究人员在杂志上引起轰动科学当他们详细说明非传统挥发性有机化合物如何代表美国城市大气中一半的挥发性有机化合物时。非传统挥发性有机化合物来源于一系列不同的化学品、行业和家用产品，包括杀虫剂、涂料和油漆、清洁剂，甚至个人护理产品如除臭剂。此类产品通常含有有机溶剂，其蒸发会导致大量挥发性有机化合物向大气中排放。

里沙布·沙阿的“氧化流动反应器”，它加快了大气处理速度，以快速捕捉空气形成二次粒子的全部潜力。CM

普雷斯托说:“我们每天都要用到很多东西。“你使用的任何有气味的东西都含有有机分子，这些分子可以释放到大气中，并在大气中形成SOA”。

这些挥发性有机化合物的流行代表了城市SOA图景中的范式转变。这运输部门长期以来一直是城市空气中挥发性有机化合物的主要来源，但是车辆排放在美国，由于近几十年的尾气排放法规，尽管燃油消耗量有所上升，但排放量却大幅下降(高达90%)。随着与交通运输相关的挥发性有机化合物逐渐消失，非传统挥发性有机化合物开始对城市大气做出更大的相对贡献。虽然美国国家海洋和大气管理局的研究提醒大气科学界注意城市环境中非传统挥发性有机化合物的数量，但他们只能假设这些气体可能对挥发性有机化合物的形成很重要；这个想法仍然需要测试。

然而，测试有多少SOA表单不是一件容易的事情。大气中SOA的形成持续了几天，这使得追踪被风驱散并开始与阳光和其他氧化剂反应的排放气体的路径变得困难。

里沙博·沙阿是一名研究生，曾在普雷斯托大学学习，现在在美国国家海洋和大气管理局工作，他建造了一个反应堆来评估空气样本中形成SOA的全部潜力，而不必随着时间的推移跟踪空气。

沙阿说:“这个反应堆有点像你智能手机上的SOA形成应用程序。”。“你照了张相，应用程序就会向你展示10年后的样子。”

反应器通过用浓度比大气中高得多的氧化剂轰击气体，加速了气体的曲折旅程。这在几秒钟内物理模拟了气体分子在一周内在大气中发生的所有反应。在短短的一瞬间，沙阿的反应堆可以评估它取样形成SOA的空气的全部潜力。

该小组将他们的反应堆安装在一辆货车上，创造了一个游动式平台从那里他们可以从不同的环境中获得含有不同水平的非传统挥发性有机化合物的空气。这些地点包括大型工业设施下风处、建筑工地旁边、市中心摩天大楼形成的“街道峡谷”内以及城市附近的低层建筑中的地点。

在含有大量非传统挥发性有机化合物的地方，反应器形成了大量的挥发性有机化合物。这些地点既包括市中心的街道峡谷，也包括城市的低层建筑，这两个地方的除臭剂和空调等消费品蒸发都很高，尤其是在早上。移动平台上的先进气体分析仪使该团队能够检测到许多非传统挥发性有机化合物的存在。

重要的是，在这些地方，标准的最先进的计算机模型无法预测他们在反应堆中观察到的SOA的总量。然而，在其他非传统挥发性有机化合物较少的环境中，该模型能够准确预测反应器中形成了多少SOA。

总之，这些证据形成了一个令人信服的论点，即非传统挥发性有机化合物的排放是造成大量城市SOA的原因。Presto估计，这些非传统排放物的贡献与运输和生物圈排放物的总和大致相同，这与美国国家海洋和大气管理局提出的假设相一致。

“传统上，我们把重点放在电厂和汽车上，以提高空气质量，这在美国已经变得更加清洁了。”普雷斯托说。“这意味着现在，很大一部分的SOA来自于另一个“每天、随处”的类别，直到最近才真正被考虑到。”