成果动态--陕西关中平原区域环境变化与综合治理国家野外科学观测站

关中平原国家站在芳香烃多代氧化反应机制方面取得进展

二次有机气溶胶（SOA）对我国典型城市重霾期间PM2.5质量浓度贡献显著。芳香烃作为SOA形成的重要前体物之一，其在总挥发性有机化合物（TVOCs）中的占比通常为20%-30%，在部分城市大气环境中占比可高达60%。因此，系统阐明芳香烃的氧化反应机制，不仅有助于深化对SOA生成路径的科学认知，而且对制定精准的大气污染防治策略具有重要的理论价值和现实意义。近期，关中平原国家站黄宇站长团队以苯乙烯为研究对象，采用量子化学计算方法详细地研究了其多代氧化反应机理。研究结果显示，（1）一代OH自由基氧化反应主要发生在乙烯基的末端碳原子上，生成的一代产物主要包括氢过氧化物ROOH、有机硝酸盐RONO2和苯甲醛C7H6O（图1）；（2）二代OH自由基氧化反应主要进行邻位加成反应，经一系列分解反应生成多官能团化合物；（3）三代OH自由基氧化反应主要进行加成反应，经多步氧化反应转化为多官能团氢过氧化物和有机硝酸盐，产率分别为26.3%和2.6%；（4）多官能团化合物的挥发性随着OH自由基氧化步数的增加而显著降低（图2），最终转为极低挥发性有机物，参与新粒子的生成和生长。本研究深化了芳香烃大气化学反应机制的传统认识，对提高模式预测的精确度、准确评估人为源排放对SOA生成的贡献具有重要意义。该成果近期发表于Atmospheric Chemistry and Physics期刊上。中国科学院地球环境研究所陈龙副研究员为第一作者，黄宇研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(42175134)经费资助。文章链接：https://doi.org/10.5194/acp-26-4823-2026图1. 在M06-2X/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-31+g(d,p)水平上一代OH自由基氧化苯乙烯反应势能剖面图图2. 苯乙烯多代氧化产物的分子结构和挥发性分类

2026-05-21

关中平原国家站在西南地区有机气溶胶分子特征及跨境生物质燃烧影响研究方面取得进展

近年来，生物质燃烧已成为影响区域大气环境、气候效应和人体健康的重要来源之一。尤其在东南亚大陆，旱季频发的露天生物质燃烧活动会释放大量颗粒物和有机污染物，并可在季风环流和区域输送作用下影响我国西南边境及下风向地区空气质量。然而，跨境生物质燃烧对西南地区有机气溶胶分子组成、季节变化及来源贡献的影响机制仍缺乏系统认识，特别是在分子示踪和来源解析层面的证据仍有待加强。针对这一问题，关中平原国家站科研团队以西双版纳作为代表点位围绕西南地区大气有机气溶胶开展了系统研究，重点解析了有机气溶胶的分子组成特征、季节变化规律及其与区域生物质燃烧输送之间的关系。研究结果表明，我国西南地区大气有机气溶胶具有显著的季节差异，其中干季后期颗粒物和有机气溶胶水平均明显升高，生物质燃烧信号最为突出。左旋葡聚糖等典型生物质燃烧示踪物在干季后期浓度显著增加，并与多类有机示踪物表现出较强相关性，说明该时期有机气溶胶受生物质燃烧排放及其后续老化过程的共同影响。这种增强主要与东南亚大陆生物质燃烧烟雾的区域输送密切相关，境内本地排放影响甚微。该研究进一步表明，跨境生物质燃烧影响具有明显的阶段性和突发性特征。在干季后期燃烧高发阶段，区域传输成为控制有机气溶胶水平的重要因素，甚至主导西南地区大气颗粒物污染过程。这些结果说明我国西南边境地区空气污染受到周边国家生物质燃烧活动的显著影响，体现出典型的跨区域、跨国界传输特征。本研究为认识西南地区有机气溶胶的来源与演化提供了新的分子层面证据，也为评估东南亚跨境生物质燃烧对我国空气质量和环境健康的潜在影响提供了科学依据。研究指出，针对干季后期跨境生物质燃烧污染，应加强区域联合监测与跨境协同治理，在污染高发时段开展更有针对性的预警与联防联控，以减轻跨境传输对我国西南地区空气质量的不利影响。上述研究成果发表于环境领域著名期刊 Journal of Hazardous Materials，地球环境研究所硕士研究生董卓尔为论文第一作者，李建军研究员为通讯作者。研究受到国家自然科学基金及中国科学院青年创新促进会等项目的资助。Zhuoer Dong, Yali Liu, Xiao Guo, Jiaying Yu, Minxia Shen, Weining Qi, Yifan Zhang, Lu Li, Yue Cao, Yingkun Jiang, Qian Wang, Shicong Li, Wenting Dai a, Jianjun Li. Molecular characteristics of organic aerosols and impacts of transboundary biomass burning in Southwest China.https://authors.elsevier.com/c/1mwMM15DSld5WP图1 西双版纳不同时期左旋葡聚糖与PM2.5、OC、EC、脂肪酸、脂肪醇、正构烷烃、霍烷、多环芳烃、SOAi、SOAp、邻苯二甲酸、有机多环芳烃之间的关系图图2 西双版纳干季前期、干季后期和雨季 OC 的来源分配及区域传输影响示意图

2026-04-29

关中平原国家站通过树轮14C揭示城市减污降碳成效

温室气体与大气污染物高度同源，均主要来源于化石燃料燃烧，因此协同控制碳排放与空气污染，能够产生显著的环境与气候效益。然而，要充分发挥减污降碳的协同效应，需要建立可靠的指标体系并开展长期观测，以实现对治理进程的客观跟踪及政策效力的科学评估。长期以来，研究多依赖统计的排放清单，直接观测证据仍然有限。放射性碳同位素（14C）分析提供了一种强有力的方法来量化大气中的化石源CO2（CO2ff）。树木通过光合作用吸收大气中的CO2，并忠实记录其中的14C含量，为追溯城市碳排放动态提供了独特视角。关中平原国家站牛振川研究员及其团队通过对北京和西安树轮14C分析，重建了2000至2021年CO2ff浓度序列。结合同期的细颗粒物（PM2.5）、黑碳（BC）及一氧化碳（CO）监测数据，研究发现：在2000至2010年代初，两地CO2ff浓度与大气污染物呈同步上升趋势；自2013年系列清洁空气行动计划实施后，均出现明显下降（图1，2）。研究提出并利用PM2.5/CO2ff比值（即单位碳排放对应的污染物强度）作为衡量指标，结果显示，2013至2021年间，该强度在北京和西安分别下降了58 ± 25%和36 ± 21%（图1），反映空气污染控制效果的持续提升。进一步通过BC/CO2ff与ΔCO/CO2ff比值评估燃烧效率变化，显示两地燃烧效率在2013年后显著改善：北京两个比值分别下降54 ± 19%和44 ± 19%，西安下降幅度分别为56 ± 10%和65 ± 24%（图3，4）。这些结果有力证实，我国在空气污染治理和提升燃烧效率方面取得了实质性进展。本研究为空气质量与碳排放对相关政策的协同响应提供了独立的长期观测证据，突显了树轮14C在评估城市排放动态及政策有效性中的科学价值。此外，该方法框架可推广至其他城市，为构建科学的协同减排路径提供坚实的数据支撑与决策依据。该成果近期发表于Communications Earth & Environment。屈垚博士研究生为第一作者，牛振川研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（42330114、42173082）和陕西省自然科学基础研究计划（2024JC-JCQN-34）的联合资助。Qu Y, Niu Z, Zhou W, Huang Y, Wang S, Feng X, Zhang G, Lu X, Turnbull J C, Kong X. Synergistic reductions in fine particles and fossil fuel carbon dioxide revealed by tree-ring radiocarbon analysis. Communications Earth & Environment (2026) https://doi.org/10.1038/s43247-026-03439-6.图1. 2000–2021年CO2ff、PM2.5浓度、CO2排放量和能源消费的变化趋势图2. 不同政策阶段CO2ff与PM2.5的关联性分析图3. 2000–2021年BC与CO2ff的浓度及其比值变化

2026-04-07

关中平原国家站在家用燃烧源元素碳光学特性研究方面取得进展

元素碳（EC）作为气溶胶重要的吸光性组分，通过直接和间接效应影响大气气候系统。含EC气溶胶来源多样，导致其混合态（形貌和化学组成）存在差异，直接影响其光学性质，限制了人们对EC气溶胶辐射效应的准确评估。其中，固体燃料家用燃烧作为EC的一个重要来源，准确表征其排放EC的光吸收能力，对于应对气候变化有着十分重要的意义。基于此，关中平原站科研团队通过实验室模拟生物质和煤炭家用燃烧过程，结合热光碳分析仪开展碳组分分析，系统研究了633 nm波长下EC的质量吸收效率（MAEEC），并探究了典型诊断比值对不同燃料类型排放的表征作用。同时结合实测MAEEC、EC排放因子和县级活动数据，建立了关中地区家用燃烧源EC的光学排放清单。研究发现，农作物秸秆燃烧排放的MAEEC值最高（11.2 ± 3.2 m2 g-1），煤炭燃烧排放次之（5.5 ± 2.2 m2 g-1），薪柴燃烧排放最低（3.0 ± 0.9 m2 g-1）。结合碳组分分析，OC/EC 比值是影响MAEEC值的主要因素，这一现象可能归因于有机碳（OC）包覆产生的透镜效应，增强了EC的光吸收能力。光学清单结果显示关中地区2020年家用燃烧源EC的光吸收排放量（LAEEC）为 49.6 Gm2，其中煤炭燃烧贡献 57%，生物质燃烧贡献 43%，且光吸收排放存在明显的区域差异，高值区主要集中在西安和渭南。该项成果已发表在Atmospheric Research期刊上，工作获得陕西省自然科学基础研究计划（2023-JC-JQ-23）、国家重点研发计划（2022YFF0802501）、国家自然科学基金（42473086）等项目的联合资助。论文详细信息如下：Zhang, Y., Tian, J*., Wang, M., Wang, J., Liu, H., Zhang, Y., Li, L., Wang, Q*., and Cao, J. (2026). Mass absorption efficiency and optical emission assessment of elemental carbon from residential solid fuel combustion. Atmospheric Research, 336, 108871.https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2026.108871图1. 农作物秸秆、薪柴和煤炭家用燃烧排放EC的质量吸收效率（MAE）图2. 关中地区固体燃料家用燃烧源EC的光学排放清单

2026-03-27

NC：关中平原国家站提出低温催化降解挥发性有机物新路径

催化氧化技术是挥发性有机物（VOCs）污染治理的重要手段，但实际应用中，传统催化剂在低温（＜200℃）条件下表面活性位点的给电子能力不足，对氧气（O2）的活化能力有限，严重制约净化效率。贵金属纳米颗粒虽具备良好的给电子特性，但活性位点利用率低；而高利用率的贵金属单原子催化剂又电子密度不足。因此，如何设计材料活性位点结构，使其兼具高电子密度和高原子利用率，成为低温催化降解VOCs的关键问题。关中平原国家站科研团队提出了一种构筑零价铂单原子的新路径。研究团队以富含晶格缺陷的超薄Co3O4纳米片为载体，通过低温氢气还原策略成功实现了零价铂单原子的稳定构筑。理论计算与多手段谱学表征显示，与常规的高价铂单原子相比，零价铂单原子消除了部分氧配位，形成铂与钴强相互作用的局域结构，显著优化金属与载体间电子相互作用，使铂单原子富集电子，增强了对O2的给电子能力。零价铂单原子可将O2直接活化至高活性过氧态，而高价铂单原子仅能将O2活化至活性更弱的超氧态（图1）。以甲苯这种典型VOC污染物为例，零价铂单原子在140 °C（甲苯降解率为90%对应的温度）的转化频率较高价铂单原子提升9.3倍（图2）。机理研究表明，零价铂单原子还改变了甲苯的吸附构型和反应路径，使其降解产生的中间物种更易转化，提升了催化剂稳定性（图3）。该成果近期在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications），我站站长黄宇研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金（52400139）及黄土科学全国重点实验室项目（SKLLQGZD2503）等的支持。Li Rong, Huang Yu, Zhu Dandan, Zhang Hongna, Cao Leo N. Y., Cao Junji, Lee Shuncheng, Unleashing the power of zero-valent platinum single atoms for enhancing low-temperature oxygen activation. Nature Communications, 2026.https://www.nature.com/articles/s41467-026-70170-3图1. 氧气活化机理图2. 零价铂单原子与高价铂单原子的甲苯催化氧化性能对比图3. 甲苯催化氧化机制

2026-03-13

NC：关中平原国家站提出自然光驱动二氧化碳资源化通用性方案

二氧化碳作为最主要的人为排放温室气体，其持续排放加剧温室效应，对全球气候系统构成威胁。然而，从资源视角看，二氧化碳不仅是地球碳库中最活跃的循环载体，更是一种可利用的碳源，具备转化为可再生能源与化工产品的巨大潜力。植物通过光合作用，巧妙地将结构简单的二氧化碳和水转化为复杂的养分分子，为人类借助化学手段实现温室气体二氧化碳的资源化利用提供了自然范例。然而，人工模拟光合作用的过程仍面临科学挑战，其关键瓶颈在于：光激发功能材料所产生的电子（用于还原二氧化碳）与空穴（用于氧化水）寿命极短，难以实现二者反应的同步与持续进行。关中平原国家站科研团队受植物光合作用启发，提出了一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略。该方案模拟植物暂存光生电子的生理机制，创新性地设计出一种电子存储路径，通过定向设计、制备材料结构，使其能够在光照条件下储存电子、在需要时精准释放，实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。基于这一思路，研究团队成功构建出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨（Ag/WO3）材料（图1）。将其与催化活性组分酞菁钴复合对比验证，发现二氧化碳转化效率较纯酞菁钴提升了近百倍。此外，这一策略具备良好的通用性与适用性，可根据实际需求构建多种结构适配的复合催化剂体系（图2）。更重要的是，该方案能够在自然光条件下稳定运行，为利用太阳能规模化转化二氧化碳、生产一氧化碳、甲烷等清洁能源提供了可行的技术路径。该成果近期在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications），我站站长黄宇研究员为第一作者和通讯作者。研究得到国家自然科学基金（42507620）和黄土科学全国重点实验室项目等的支持。Huang Yu, Shi Xianjin, Zhang Hongna, Cao Junji, Lee Shuncheng, Bioinspired charge reservoir enables efficient CO2 photoreduction with H2O via tungsten valence oscillation. Nature Communications, 2026.全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68991-3图1 模仿植物光合作用的电子存储工作机制图2 电子存储方案通用性与实用潜力的验证结果

2026-02-10

关中平原国家站以微生物生长与呼吸的视角揭示微生物碳利用效率的驱动机制

微生物碳利用效率（CUE）是调控土壤有机碳动态的关键参数，反映微生物将吸收的碳分配于生长与呼吸的比例。准确理解CUE对预测土壤碳库响应全球变化具有重要意义。传统研究常将CUE视为整体参数，但其主要包含生长与呼吸两个过程，二者受不同机制驱动。对此，本文梳理了生长与呼吸在驱动机制上的差异。微生物生长主要受碳、氮、磷等养分的协同限制，取决于资源可用性；而呼吸速率更依赖于底物的化学性质，如碳氮比与结构复杂性。此外，在气候变化情境下，如增温、干旱或二氧化碳升高，生长与呼吸往往呈现同步或异步响应，掩盖了CUE的潜在驱动机制。因此，将CUE解耦为生长与呼吸两个组分，有助于揭示环境变化下土壤碳周转的微观机制。为推进该研究框架，关中平原国家站科研团队提出未来应在模型中独立表征生长与呼吸过程，以提升土壤碳动态模拟的机制性与预测准确性。同时，需结合稳定同位素探针技术与宏基因组功能分析，在群落乃至功能基因层面识别调控碳同化与呼吸的关键类群与代谢途径，从而系统阐明微生物代谢对土壤碳循环的调控机制。综上所述，通过将CUE解耦为微生物生长与呼吸，旨在建立一个更具机理性的框架（图1），为深入理解与预测土壤碳库在全球变化下的响应提供科学依据。相关成果发表于国际知名期刊The Innovation Geoscience。中国科学院地球环境研究所博士后周嘉聪为第一作者，陈骥研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32301405, 32471685）、陕西省博士后项目（2024BSHYDZZ018）及陕西省杰青项目（2024JC-JCQN-32）共同资助。Zhou J., Liu J., Hungate B.A., Smith P., Sinsabaugh R.L., Kuzyakov Y., Noormets A., Chen J., 2026. Digging deeper into microbial carbon use efficiency in soil: Perspectives from microbial growth and respiration. The Innovation Geoscience, 4: 100183.https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2026.100183图1 微生物碳利用效率解耦为生长与呼吸组分的必要性与潜在解决方案

2026-01-30

关中平原国家站通过方法学突破，首次实现城市大气微/纳塑料量化研究

自2004年“微塑料”概念（尺寸小于5毫米的塑料碎片）被提出后，在过去的二十年间，微塑料及更小的纳米塑料（小于1微米）已被发现广泛存在于地球系统的所有环境介质（水、土壤、空气及生物等）中。它们通过物理与化学的复合作用，对从生物个体到生态系统的多个层级构成潜在且长期的威胁。近年来，极地、高山等偏远地区的观测证据进一步揭示，大气传输已成为塑料全球循环的关键通道。同时，微米及纳米级塑料颗粒可经呼吸道进入深部肺区及血液，是除摄食外另一重要的人体暴露途径。传统分析方法依赖显微镜下对塑料形状、颜色和透明度的人工识别，难以实现对环境样品中微米级塑料的准确定量，更无法精准识别纳米级塑料，这构成了该领域研究的关键瓶颈。作为一种可通过大气通道快速扩散至全球的新型污染物，尽管学术界日益关注微/纳塑料在大气中的存量、传输、转化及归趋，但受限于定量方法的缺乏，其气候、环境与健康效应一直难以系统评估。为应对这一挑战，关中平原国家站科研团队联合国内外学者，开发了一种半自动显微分析方法，首次实现对环境样品中小至200纳米塑料颗粒的有效定量。该方法基于计算机控制的扫描电子显微技术，通过逐颗粒定位并测量其粒径、形貌与元素组成等微观理化参数，系统揭示了西安、广州两座千万级人口城市大气气溶胶、降水（雨、雪）、降尘和扬尘中微塑料与纳米塑料的丰度（图1）。研究发现，道路扬尘与降雨过程主导着大气塑料的跨环境介质传输，并观测到微/纳塑料在大气中与矿物尘、黑碳等颗粒物发生了异质混合（图2）。该工作通过方法学创新，将大气塑料研究的空间分辨率从微米推进至纳米尺度，为精准量化微/纳塑料的大气过程提供了有力工具。基于粒径分辨的形貌与化学组成实测数据，研究深化了对大气塑料环境行为的认识，为评估其对辐射强迫与生态系统的影响提供了直接依据。此外，研究首次发现的大气异质混合现象，也为深入探究微/纳塑料的健康风险与气候效应拓展了新的研究思路。该成果近期发表于Science Advances。中国科学院地球环境所胡塔峰副研究员为第一作者，中国科学院大气物理所曹军骥研究员、我站站长黄宇研究员、香港中文大学何建辉教授和日本熊本县立大学张代洲教授并为共同通讯作者。研究获得中国科学院兰州资源环境科学大型仪器区域中心“仪器设备方法开发技术创新项目（lz2026g106）”和黄土科学全国重点实验室“2025年度全重重点项目（SKLLQGZD2503）”资助。Tafeng Hu, Chongchong Zhang, Yuqing Zhu, Jing Duan, Suixin Liu, Niu Jin, Yingpan Song, Feng Wu, Jianjun Li, Ting Zhang, Hongya Niu, Xuxiang Li, Hong Huang, Gary S. Casuccio, Yu Huang, Kin-Fai Ho, Junji Cao, Daizhou Zhang(2026). Abundance of microplastics and nanoplastics in urban atmosphere. Science Advance.https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7779图1、城市大气微塑料和纳米塑料丰度、通量与组成示意图图2、城市大气环境样品中塑料颗粒的异质聚集. (A) 大气塑料粒子与黑碳和矿物尘粒子聚集体的相对含量；(B) 微/纳尺度异质聚集体的典型形貌

2026-01-15

关中平原国家站揭示全球变化下植物氮磷计量比及回收效率的解耦现象

长期以来，学术界普遍认为氮循环与磷循环是紧密耦合的。然而，这一假设尚未在全球变化背景下得到严格验证，这限制了我们对氮磷循环的预测能力。关中平原国家站团队通过整合107篇已发表文献中的1341个数据点，对过去二十年来叶片氮磷回收效率（nitrogen and phosphorus resorption efficiency; NRE and PRE）对主要全球变化因子（包括气候变暖、干旱、降水增加、CO2浓度升高、氮肥施用和磷肥施用）的响应进行了整合分析。研究发现，植物氮磷回收对这些全球变化因子的响应存在显著差异，表明全球变化背景下植物氮磷循环发生了解耦（图1）。NRE与PRE对单一全球变化因子的响应呈现显著分异：大部分全球变化因子导致NRE与PRE发生方向相反的改变，而CO2浓度升高虽使二者同向变化，但变化幅度存在显著差异。我们进一步利用叶片氮磷比, 植物氮磷限制的指示指标, 来探究NRE和PRE对全球变化因子的差异性响应是否由植物养分限制状态的改变所驱动。结果发现，在增温、CO2浓度升高、施氮和施磷条件下，叶片氮磷比的变化与NRE呈负相关，但与PRE呈正相关。然而，在干旱和降水增加条件下，上述变量间未观察到显著相关性。这些结果指示了叶片氮磷回收的解耦主要源于全球变化诱导的氮磷限制转变，这可能表明氮磷循环的解耦可能是植物适应养分限制的策略。多重全球变化因子对氮磷回收普遍具有加和效应。这种普遍存在的加和效应可能将显著简化模型预测——由于不再需要考虑因子间的交互作用，模型仅需纳入各因子的独立效应即可。当氮施肥与磷施肥、增雨或增雨共同作用时，氮施肥主导了这些复合效应的加和作用。这一结果表明，未来大气氮沉降和农业施肥导致的陆地氮输入持续增加，将成为驱动植物氮磷循环解耦的关键因素，尤其在氮限制生态系统中。本研究揭示了全球变化下植物氮磷回收过程的普遍解耦现象，为理解生态系统养分循环响应机制提供了新视角。这一发现突破了传统氮磷循环解耦的理论假设，强调生态模型应纳入植物氮磷循环的解耦机制，以更准确地预测生态系统对全球变化的响应。研究结果发表在国际生态学经典期刊Journal of Ecology。我站陈骥研究员和中山大学生态学院洪艺雪博士为论文的共同第一作者，中山大学生态学院陈浩副教授为论文的通讯作者。该研究受到广东省面上项目、深圳市面上项目，国家自然科学基金面上项目等项目的资助。Yixue Hong#, Ji Chen#, Xiao-Tao Lü, Dejun Li, Mohamed S. Sheteiwy, Fernando T. Maestre, Pete Smith, Raúl Ochoa-Hueso, Robert L. Sinsabaugh, Hao Chen. Decoupling of plant nitrogen and phosphorus under global change over the last two decades. Journal of Ecology. 2025.全文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70081图. 单一及多重全球变化因子对叶片氮磷回收效率的影响

2025-11-27

关中平原国家站提出大气沙尘颗粒老化过程中二次有机气溶胶非均相氧化生成的新证据

沙尘粒子作为全球陆源气溶胶的主要组成部分，其新鲜粒子通常呈疏水性。然而在老化过程中，沙尘表面形成的硫酸盐、硝酸盐等二次组分，能显著增强其吸湿性与反应活性，使之成为液相二次有机气溶胶（aqSOA）生成的重要介质。以往外场观测表明，沙尘事件期间超微米颗粒中常出现草酸盐与硝酸盐的共存现象，揭示沙尘表面可能参与并促进了二次有机酸的形成，但仍需更多观测资料证实。为探究关中地区近地面人为污染对高山自由对流层大气环境的影响，关中平原国家站气溶胶理化过程及环境效应团队在华山开展系统观测，并在之前的研究中发现，夏季白天的谷风可将地表的污染物输送至山顶影响自由对流层的化学组成，但冬季低温导致的边界层压低显著抑制了局地污染物向山顶的扩散，使高海拔地区气溶胶主要来源于远距离输送。本研究进一步聚焦于冬季观测期间的一次强沙尘事件，分析沙尘传输过程中近地面和山顶大气气溶胶中二元羧酸类SOA的分子组成和稳定碳同位素分布的垂直差异。结果表明：非沙尘期，草酸（C2）主要通过在细颗粒物中的液相氧化反应生成；而在沙尘期间，其形成路径则转变为在粗颗粒物表面的非均相化学反应（图1）。高海拔站点大气颗粒物主要源于远距离输送，受沙尘影响尤为显著，具体表现为：气溶胶老化指标增强（C2/C4比值升至7.75，图2）、δ13C值富集（较非沙尘期增加+8.3‰，图3）以及C2从细模态向粗模态的明显迁移（图4）。研究指出，粒径分布的转变与沙尘老化过程中形成的Ca(NO3)2吸湿性涂层密切相关，其催化的表面氧化反应与金属-草酸盐络合作用产生协同效应，共同导致δ13C显著富集。本研究阐明了沙尘老化过程中C2生成路径、粒径分布及δ13C特征的改变，并揭示了其显著的海拔差异性，为理解沙尘传输过程中二次有机气溶胶的转化提供了关键依据，并深化了对山地大气化学和区域气候效应的认知。该研究结果发表于大气环境领域著名期刊Atmospheric Chemistry and Physics，地球环境研究所特别研究助理沈敏霞为论文第一作者，我站李建军研究员为通讯作者。研究受到国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、黄土科学全国重点实验室开放基金及中国科学院青年创新促进会等项目的资助。Shen, M., Qi, W., Liu, Y., Zhang, Y., Dai, W., Li, L., Guo, X., Cao, Y., Jiang, Y., Wang, Q., Li, S., Wang, Q., and Li, J.: Measurement report: Observational insights into the impact of dust transport on atmospheric dicarboxylic acids in ground region and free troposphere, Atmos. Chem. Phys., 25, 16147–16165, https://doi.org/10.5194/acp-25-16147-2025, 2025.图1 沙尘驱动草酸粒径迁移与生成途径示意图图2 华山山脚与山顶PM2.5中草酸的稳定碳同位素（δ13C）组成图3 沙尘事件期间华山山脚与山顶 (a)二元羧酸及其相关化合物的分子组成(b)主要二元羧酸相对百分比及(c)C2/C4与C3/C4比值图4 沙尘期与非沙尘期华山山脚和山顶二元羧酸的粒径分布对比

2025-11-27