华北平原额外的HONO的来源对主要气溶胶成分的增强以及对能见度和雾霾的影响外文翻译资料

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华北平原额外的HONO的来源对主要气溶胶成分的增强以及对能见度和雾霾的影响

安俊岭*¹，李 颖^1,2，陈 勇¹，李 健^1,2，屈 玉¹，汤宇佳^1,2

¹大气边界层物理国家重点实验室和大气化学，中国科学院大气物理研究所北京100029

²中国科学院大学，北京100049

（收稿20121月17日;2012年5月修订10）

摘要：天气的研究和预报通过包含NO2分子的激发，气溶胶表面的非均相反应，在碳键机制Z中HONO的直接排放。通过进行五组模拟来评估每一个新组分和其他三种额外HONO来源的主要化学组分的浓度。我们计算主要在2007年8月华北平原气溶胶组分和其他NOy和NO3粒子受到其他三种额外HONO来源影响的变化比率。我们的研究结果表明，当三个额外的HONO来源包括WRF-Chem可以合理地再现HONO的观察。气溶胶表面的非均相反应是在华北平原HONO、NO3‑、NH4 和PM2.5（在周围大气中粒径小于等于2.5micro;m）浓度的主要贡献源。华北平原大部分地区由于额外三个HONO来源产生了日间小时平均浓度的5%~20%增长，NOminus;3/NOy最大小时平均浓度比例增长15%~52%，NO3‑和NH4 ^月月平均浓度增长10%~50%。在渤海湾, 由于三个额外的HONO来源，NO3‑最大的小时增加超90%,NH 4超过80%,PM2.5超过40%。这意味着另外三个HONO来源会加重区域空气污染，进一步影响能见度,提高在一些NOx和有利的气象条件下颗粒物高排放。

关键词：HONO，NO_y，气溶胶,非均相反应,WRF-Chem模型

1、介绍

亚硝酸(HONO)的氢氧自由基(OH)的主要来源,这是大气中重要的氧化剂。直接排放、均相化学反应和非均相反应通常视为HONO来源, 但具体HONO形成机制仍在讨论中。在城市或农村地区经常观察到高HONO浓度(Su et al., 2008; An et al., 2009; Qin et al.,2009; Yu et al., 2009),,但大多数当前空气质量模型,如WRF-Chem,不能很好地再现HONO观察,特别是在白天,但由于是HONO气相产生的唯一内含物 (Su et al., 2008; An et al., 2009; Qin et al.,2009; Yu et al., 2009),。最近, Sarwar et al. (2008)增添了HONO通过使用0.8%排放比值HONO/NOx排放比值，2NO2 H2O 气溶胶/地面表面→ HONO HNO3, and HNO3(adsorbed) hnu;0.5HONO(adsorbed) 0.5NO2(adsorbed)到CMAQ模型(Foley et al.,2009)。改进HONO模拟,但明显白天HONO模拟和观测浓度差异仍然存在(Sar-war et al., 2008)。Li et al. (2008)提出了一种通过光激发的的NO2化学过程产生HONO的机制。R_NO2S的重要性仍然饱受争议Crowley and Carl, 1997; Wennberg and Dabdub, 2008; Sarwar et al., 2009; Ensberg et al., 2010; An et al., 2011; Li et al., 2011)。对于非均相反应，Li et al.(2010) 认为是在WRM-Chem模型中在气溶胶和地面表面发生的，但是，田间试验表明颗粒物浓度和HONO之间良好的相关性(An et al., 2009)，或者在气溶胶表面面积和HONON浓度之间(Ziemba et al., 2010),表明气溶胶表面是占主导地位的反应基质并且固定污染源(如建筑和土壤)可能是微不足道的(Ziemba et al., 2010)。此外, Li et al. (2010)使用一个相对较高的2.3%的HONO /NO2的排放比例来计算HONO的直接排放。这可能会导致高估HONO空气中浓度。最近，Su et al. (2011)表明土壤亚硝酸盐是HONO的主要来源之一，但亚硝酸盐浓度土壤中通常较低(Cleemput and Samater, 1996)，并且相关的观测比较稀缺。基于当前已知的HONO来源，An et al. (2011) 和Li et al. (2011) 整合气溶胶表面的非均相反应（R het）,一种改进HONO直接排放参数化的方案(见2.2节) (R em)和R no2,这可能是重要NOx排放量升高的地区 (如华北平原),放到 WRF-Chem模型中发现三个额外的HONO来源（RNO2S, Rhet,and Rem）显著提高HONO从差分光学吸收光谱(DOAS)(zhu et al .,2009),特别是在白天的观测的对比的模拟。

本研究的目的是计算R no2,R het,R em,另外三个HONO来源(no2,R het,R em的主要化学成分的)浓度贡献，估计主要气溶胶组分的增强(NOminus;3, NH 4, SO2minus;4, and also PM2.5)是由于三个额外的HONO来源在华北平原,那里Nox和排放颗粒物(PM)很高(Zhang et al., 2009)。计算由于其他三个HONO来源导致NOy浓度气体 (i.e., NOyg= NO NO2 NO3 PAN HNO3 HONO HNO4 N2O5) 与 NOy(i.e., NOy= NOyg 颗粒物硝酸盐)相比和NO3-的与NOy相比的变化率。这些结果的启示在第三节会分析和讨论。

2、方法

2.1 WRF-Chem 模型的建立

本次研究用的是WRF-Chem 3.2.1版本。物理和化学模拟方案与An et al. (2011) and Li et al. (2011)相符合。在模拟中用了两个嵌套域，域3覆盖了华北平原。我们使用28垂直模型层从地面到50 h Pa,第一层与地面相距28米。气象领域的初始和边界条件从NCEP应用于推动每6 h的分析资料获得,和化学领域的初始和边界条件被约束使用模型的输出臭氧和相关的化学示踪剂,版本4每六小时。SO2,NOx，CO,VOCs,PM10,PM2.5,BC,OC的人为排放从Zhang et al. (2009)获得，NH3的人为排放从Streets et al. (2003)获得。NH3在2000年到2006年之间的变化是无关紧要的。

生物排放是根据Guenther等人的工作计算（1993）和Simpson等人 （1995） 模拟 （病例A，B，C，R和E）进行计算每个组成部分的贡献三个附加HONO来源的浓度主要化学成分百分比变化NO - 3，NH 4，SO2-4，和PM2.5，和NO的浓度NOyg/NOy和NO- 3/NOy由于华北地区另外三个HONO来源平原在2007年8月。案例R使用碳债券机理Z（CBM-Z）和模拟模型气溶胶相互作用与化学（MOSAIC）（Za-veri et al。，2008）。 案例A，B，C和E是扩展的案例R包含RNO2S，Rem，Rhet，和另外三个HONO来源（RNO2S Rhet Rem），分别（见2.2节，表1）。

2.2HONO来源的三次附加参数化

对于Rhet（NO2→0.5 HNO3 0.5 HONO），我们降低雅各布（2000）的建议：

khet= Sa（rp/Dy 4/uy）-1

表1.本研究中使用的五个模拟场景

其中khet表示一阶速率常数Sa每单位体积空气的气溶胶表面积。Sa自气溶胶质量浓度在MOSAIC mod-呃 MOSAIC中考虑的气溶胶组成硫酸盐，硝酸盐，铵盐，氯化钠，钠盐等无机物，有机碳（OC），元素碳（EC）和水。 rp表示粒子半径（m）。DG表示气体分子分析系统，交配为10-5m2s-1（Dentener and Crutzen，1993）。u是NO的平均分子速度2（ms-1）gamma;表示NO2的吸收系数，取10-4（Jacob，2000）。

使用HONO排放（Rem）计算

其中fDV代表NOX柴油排放比例车辆总车辆。 平均fDV是62％2006年在中国（Li et al。，2011）。 FTS是NOX所有人为来源的排放比例来源。 0.8％的值已被建议Kurtenbach等人 （2001），并被Aumont使用et al。 （2003），Sarwar et al。（2008）和An et al。（2009）。 小于2.3％的NOX以柴油排放废气可以异质转化为HONO（Gutzwiller等人，2002），并且使用该部分在这项研究中。 Rhet和RNO2S被添加到Li等人介绍的CBM-Z机制 （2011）。

3、结论

3.1模拟和观察比较结果

2007年8月13日至25日，Zhu et al. （2009）通过DOAS在北京观测HONO浓度。Li et al。 （2011）对臭氧（O3），NOX，PM10同时在325米的在北京气象塔上进行了监视。Li et al。 （2011）通过DOAS和O3和NO2分析仪测量的O3和NO2间有很好的相关性。对于O3的相关系数为0.973，对于NO2为0.832。与气相反应相比（案例R），包括Rhet，Rem，和RNO2S在WRF-Chem（案例E）导致了显着的改进在HONO模拟325米的测量北京气象塔（图1a和表2）。例如，均方根误差减小〜50％，相关系数从0.19提高到0.97（表2）。然而，HONO模拟对于病例E，由于PM观测过早预测结果（图1d），排除HO2再生气溶胶表面非均相反应。考虑了HO2异质气溶胶表面损失（2 HO2→H2O2）Li等人（2011）降低了HONO模拟的时间当本研究的1a与图1进行比较。 6a in Li etal。 （2011）。异质上升的不确定性采取有效的HO2（Thornton和Ab-batt，2005），以及2 HO的反应2→H2O2是的不是HONO的来源，所以HO2异质再生这项研究将被排除在外在不久的将来进行调查。三个HONO来源可以提高白天O3模拟，峰值浓度。白天平均值的O3增加了2.5 ppb，达到最大值1200小时的小时数增加了21 ppb（35％）8月16日。没有2夜间模拟改善显着地，平均值降低了5.4 ppb，主要是由于气溶胶的异质反应表面（Li等，2011）。下午10案例拟在大多数情况下，E和R是合理的，除了8月21日至25日（图1d）。在这个时期，下午10情况E和R的模拟基本上是高估（图1d），进一步调查需要的计算的平均硝酸盐浓度病例R为20.13mu;g·m-3而对于情况E为en-高达26.94微米-3由于额外的HONO来源。没有- 3峰值显着增强，Li等人的结果是不合适的（2010）。

3.2各种影响每个和三个附加HONO来源对主要气体组分的影响

RNO2S显示出每月平均白天（〜0700-1900 LST）HONO最高可达60 ppt（表3），低于东部的100 ppt，东美和西美（Sarwar et al。，2009）。RNO2S和HONO的光解可以产生更多的OH，其与VOC反应以产生更多的HO 2。 更多的HO2可以促进NO转化为NO2，并导致更多的O3（表3）。 另一方面，增加在OH中可以通过NO2 OH→HNO3的反应而导致HNO3增强。 HNO3 NH3→NH4NO3的反应产生显着增加的NO-3和NH 4，最大值为3.0mu;g-3（表3）。 由于HONO的日间光解，夜间（2000-0600 LST）的HONO比白天（表3）更大的增加.Rhet在HONO，NO-3，NH 4和PM2.5的形成中起关键作用白天和夜间：Rhet夜间HONO最高增加3.4 ppb，最大月平均白天NO-3增加到13.3mu;gm-3，最大月平均白天PM2.5增加到18.1mu;g m -3（表3）。 当考虑三个额外的HONO来源时，HONO的月平均白天最大增加量为0.6ppb，HO2为4.0ppt，NO-3为17.0mu;gm-3，NH 4为5.5mu;gm-3，而NH 4为23.9mu;g PM2.5的m-3（表3）。对于O3模拟，三个额外的HONO来源导致最大小时平均值增加〜1-20 ppb（图2a）和每月〜1-4.9ppb的增加白天平均值（图2b），最大值位于华北平原或渤海湾排放量较高的地区（见本节讨论3.3）。

3.3三种附加HONO来源对主要气溶胶成分的影响

表2. 2007年8月13日至25日在北京325米气象台进行的二次测量模拟HONO的模型性能统计。

表3. O3，HONO，OH，HO2，HNO3，NO-3，NH 4，SO2-4，PM2.5和NO3的最大月平均白天（0700-1900 LST）和夜间（2000-0600 LST） NO-3 / NOY由于光激发NO2化学（案例A-caseR），直接排放HONO（案例B案例R），气溶胶表面上的异质反应（案例C案例R）和三个额外的HONO来源 案例E案例R）。 O3，HONO和HNO3单位为ppb，OH和HO2为ppt，NO-3，NH 4，SO2-4和PM2.5单位为mu;gm-3，NO-3 / NOY为％。 括号中显示百分比变化，斜线后面显示夜间增强，相应的百分比变化显示在斜线后面和括号中

（CE-CR）times;100％/ C

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