科研進展

AE:利用高頻光腔衰蕩技術追蹤大氣氨的早高峰、來源和傳輸特征

  氨是大氣中最豐富的堿性氣體,在大氣化學中起著至關重要的作用。大量的衛星遙感觀測和地基聯網實驗表明,華北平原已經成爲全球氨排放的熱點區域。近年來,氨氣被認爲是我國霾汙染形成的重要推手。由于霾汙染的爆發經常發生在小時~天尺度,傳統的被動采樣觀測數據(如AMoN-China,周-月尺度)難以滿足秋冬季霾汙染生消過程研究的精細化需求。

  中國科學院大气物理研究所王跃思研究员团队潘月鹏课题组于2017年11月开始利用高频光腔衰荡光谱(Cavity ring-down spectroscopy,CRDS)技术在香河站(图1)开展氨气观测实验。CRDS技术先让激光进入共振光腔,将光强提高到一定水平后迅速切断光源,以探测从腔中逸出光强的指数衰减。虽然光腔只有25厘米,但在几十微秒的衰减中,光可以在反射镜间发生几万次反射,由此实现了几十公里的有效吸收光程,使得氨气测量精度达到ppt,时间分辨率达到Hz级。

  對2017/2018冬季高頻測量數據統計後發現,香河大氣氨濃度小時均值在0.8到483.3ppb之間,平均16.7±19.7ppb,遠高于國內外其它站點冬季觀測結果。冬季大氣氨濃度的日變化存在明顯早高峰現象(圖2),推測其與早間露水蒸發有關。冬季不同月份之間氨氣濃度的差異主要是由溫度變化引起的,生物質燃燒也有一定的影響,而酸性前體物濃度的變化並不是氨氣濃度月際差異的主要原因。

  潘月鵬研究員表示“高頻測量數據將增進我們對華北大氣氨變化特征及其在大氣汙染中作用的理解,有助于提升大氣化學傳輸模型的模擬精度,爲大氣氨汙染的生態環境效應評估和減排策略的制定提供科學依據”。

  该研究成果近期在线发表于大气科学领域重要期刊Atmospheric Environment (JCR Q1,IF=4.012)。中國科學院大气物理研究所2018级博士生何月欣为論文第一作者,田世丽博士为論文共同通讯作者。此项研究受到国家重点研发计划(2017YFC0210103)、大气重污染成因与治理攻关(总理基金:DQGG0208)和国家自然科学基金(41405144和41807311)项目资助。

 

  

图1 大气所香河观测站一瞥

 

圖2香河大氣氨和其它汙染物及氣象要素日變化特征

  論文信息:

  Yuexin He, Yuepeng Pan, Guozhong Zhang, Dongsheng Ji, Shili Tian, Xiaojuan Xu, Renjian Zhang, Yuesi Wang. Tracking ammonia morning peak, sources and transport with 1?Hz measurements at a rural site in North China Plain, Atmospheric Environment, 2020, doi: 10.1016/j.atmosenv.2020.117630

  原文鏈接(50天免費下載 ):https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2020.117630

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