黄东海大气气溶胶中有机胺的组成、来源及粒径分布研究

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海洋有机气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,在气候与大气化学研究中占有重要的地位。在全球尺度上,有机碳对海洋气溶胶的贡献几乎比人为气溶胶的贡献大一个数量级。在海洋二次有机气溶胶(SOA)中,有机胺的贡献仅次于二甲基硫(DMS),远高于其它挥发性有机物,如异戊二烯,松烯等。此外,有机胺在新粒子生成中扮演的角色近年来也已成为科学研究的热点之一。但是,目前对大气气溶胶中有机胺的观测研究极为缺乏,在其来源、组成及粒径分布上认识较浅。黄东海是世界上最具代表性的陆架浅海之一,初级生产力水平较高,可能存在丰富的有机胺来源,是研究中国近海海洋环境中大气颗粒态有机胺理化特征,及其对海洋大气环境影响的理想区域。本研究在2011-2012年搭载了四个黄东海科学考察航次,利用膜采样法采集了不同季节的分粒径气溶胶样品,其中2011年三个航次使用的是九级安德森采样器,最小粒径为<0.43μm,2012年11月航次使用的是nano-MOUDI采样器,最小粒径低至10nm。对气溶胶中的有机胺采用震荡萃取-离子色谱分析法进行了测定,该方法能够对六种大气常见有机胺进行定量分析。本研究中被大量检出的有机胺种类为二甲胺(DMA)及三甲胺(TMA),证明它们是黄东海大气气溶胶中有机胺的主要存在形式。对这两种有机胺进行分析并得到以下初步结果:2011年5-6月及8月航次的DMA浓度分别为4.3±8.3nmol/m3,3.1±2.4nmol/m3;同时,TMA也被大量检出,浓度分别为2.6±4.5nmol/m3,2.6±3.5nmol/m3。与之相比,2011年初春与2012年秋末两个航次的大气气溶胶中有机胺的浓度较低,DMA浓度分别为1.9±3.4nmol/m3,0.31±0.09nmol/m3,TMA浓度分别为0.10±0.14nmol/m3,0.60±0.18nmol/m3。进一步分析发现,海洋初级生产力水平较高时,海洋大气气溶胶中有机胺的浓度也较高,所有样品中有机胺浓度最高的两个样品采集于海洋水华期间与浓雾条件下。对大气颗粒态有机胺来源研究显示,海洋释放是其主要源。首先通过与其他污染源特征离子,即与硫酸根、硝酸根和铵根的对比,排除了有机胺的人为污染来源。同时不同航次结果显示高低初级生产力水平下有机胺浓度差异巨大,且其中两个航次的颗粒态有机胺浓度与海洋表层叶绿素浓度变化趋势接近。进一步以钠离子作为海洋源指示离子,结合温度、风速等气象条件分析,发现海洋大气气溶胶中有机胺的主要来源是海洋释放,但与何种海洋生物活动直接相关还有待研究。通过2011年3-4月与5-6月两个航次中昼夜不同时间段的样品比较,发现在初春,有机胺在夜晚浓度较高,且大部分样品在<0.43μm粒径上,显示气粒转化是颗粒态有机胺的主要形成方式;在5-6月航次中,有机胺在白天浓度较高,显示受海洋排放影响剧烈,但此时峰值主要出现在0.43-0.65μm粒径上。同时,在5-6月航次中还采集到大量受雾天气影响的样品,这些样品中有机胺浓度在1μm附近有峰值出现,且峰形能扩展至3.3-7.0μm。通过多模态正态分布反向算法对2012年11月的nano-MOUDI样品进行估算,发现0.02μm附近的爱根模态与0.2μm附近的凝结模态对TMA的贡献分别为29%与52%。这一结果反应的是低初级生产水平下的黄东海大气气溶胶中有机胺的形成途径,与3-4月样品结果有一致性。有机胺对气溶胶阳离子态N的贡献存在明显的时间差异,8月航次中最高,达22%,3-4月、11月航次其平均贡献仅为4.0%与0.5%。气溶胶中有机胺与铵根的比例随时间、空间分布差异巨大,高比例值的出现与海洋生产力及有机胺气粒转化平衡具有密切关系。此外,本文还定量考察了有机胺的存在对气溶胶酸度的影响程度。
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