近年来,中国东北地区的经济发展速度远落后于华北平原、珠江三角洲、长江三角洲这些经济发达地区,然而这些地区都面临着同样的空气污染问题。在东北的冬季供暖期(从十月中旬到次年三月下旬,长达5个半月),这里的空气污染问题基至远超全国其它地区。如果计算东北地区的年均PM2.5浓度(非供暖期的PM2.5浓度较低,平均约为30 μg/m3),我们会发现其并不高于其他经济发达地区,但东北地区在供暖期频繁地出现灰霾重污染事件,且供暖期的平均大气PM2.5质量浓度是其它地区或东北非供暖期的5-6倍。尽管如此,东北地区的空气污染仍没有得到科研人员及政府的重视,导致该地区冬季灰霾污染一直没有得到解决。本研究于2015年1月28至2月7日在东北中部地区的农村以及城市区域采集了大气PM2.5样品和单颗粒样品,其中2月1至4日出现了一次典型的区域性重度霾污染事件。本研究具体设置的采样点为通榆观测站(农村站点,T1)、通榆县城(县镇站点,T2)及吉林市(城市站点,T3),其中通榆观测站和通榆县城位于东北中部地区的农村区域;吉林市位于东北中部地区的城市区域。本研究利用OC-EC分析仪和离子色谱分析仪分析了大气PM2.5中的OC/EC及水溶性无机离子浓度;利用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)分析了气溶胶单颗粒的类型、形貌特征、混合状态及粒径分布等。我们的研究结果显示出有机物(OM)和二次无机离子(NH4+、SO42-和NO3-)是城市PM2.5的重要组成成分。在灰霾天,吉林市PM2.5中的OM、NH4+、SO42-和 NO3-的浓度分别为 89.5μg/m3、24.2μg/m3、28.1μg/m3 和 32.8μg/m3,是非灰霾天的3.1、2.3、2.7和1.4倍。东北城市区域的气溶胶颗粒物主要分为五大类:富有机颗粒物(主要成分为一次有机气溶胶(POA))、有机-富硫颗粒物、有机-烟尘颗粒物、富硫-飞灰颗粒物和富硫-金属颗粒物;东北农村区域的气溶胶也主要分为五大类:富有机颗粒物、富硫颗粒物、有机-富硫颗粒物、富钾-有机颗粒物和有机-烟尘颗粒物。城市站点非灰霾期与灰霾期相比,有机-富硫、富硫-飞灰及富硫-金属颗粒物的百分含量分别从39%、1%和1%增加到46%、4%和2%。在县镇站点,有机-烟尘颗粒物的百分含量是农村站点的3倍;含富硫颗粒物的百分含量是农村站点的0.67倍;富钾-有机颗粒物的百分含量(7%)接近于农村站点(6%)。气溶胶粒径分布特征显示出城市站点的颗粒物粒径分布峰值从非灰霾天的249 nm增加到灰霾天的386 nm,这是由于大量的二次气溶胶(例如:富硫颗粒物和二次有机气溶胶(SOA))在灰霾天形成并覆盖或附着在已经存在的颗粒物表面上,从而造成颗粒物粒径的增加。在东北地区的冬季,超过80%的气溶胶颗粒物包含POA(穹顶状、不规则状和球状有机颗粒物)。本研究得出东北冬季的气溶胶颗粒物主要来源于农村燃煤、生物质燃烧及城市小型锅炉的直接排放,且约有70%的气溶胶颗粒物来源于低效的燃煤排放。本研究建立了东北地区冬季气溶胶区域传输的模型:农村区域排放的气溶胶颗粒物会在冬季季风的作用下,传输至城市区域,进一步加重城市区域的空气污染。本研究还构造了东北冬季区域灰霾形成过程的模型:(1)稳定的天气条件驱动了灰霾的形成;(2)住户取暖和做饭排放出了大量的POA,它们的富集主要造成了灰霾早期阶段的形成(轻度或中度霾);(3)通过非均相化学反应产生的大量SOA、硫酸盐和硝酸盐以及POA的累积一起促进了轻度或中度霾向重度霾的转化。我们发现相比于华北平原的冬季灰霾,东北地区的有机气溶胶对冬季灰霾形成的贡献较大。另外,与华北平原重度霾期间PM2.5中各组分的含量对比,东北地区含有相似的SO42-、较高的SOA和较低的NO3-。本研究建议在东北地区冬季,当地政府应该对用于住户取暖和做饭的低效燃煤活动加以控制。