中科院最新研究：揭秘城市大气氨浓度的早高峰

中科院最新研究：揭秘城市大气氨浓度的早高峰

中科院大气物理研究所潘月鹏团队在环境领域顶级期刊ES&T上发表最新研究，应用Picarro G2103高精度氨气分析仪揭示了城市大气氨浓度的日变化特征。研究发现北京大气环境中氨气（NH3）早高峰是一种普遍现象，特别是在冬季，不仅出现频率高，浓度增长速度也很快。

我国氨气（NH3）排放量居全球之首，超过了欧洲和北美之和。高浓度的NH3是造成我国城市霾污染的关键前体物，通过大气传输和干湿沉降也会对自然生态系统产生不利影响。我国正在制定相关减排政策，准确开展NH3测量是重中之重。

NH3在大气中的停留时间很短，其日变化特征明显。以往在农田或者草地的观测发现，NH3在早晨7-10点常出现一个峰值。但以往的观测资料主要是在某个季节，全年连续的测量数据非常少，这使得我们难以判断NH3早高峰是否普遍存在，尤其是在大气污染严重的城市地区。

观测地点

中国科学院大气物理研究所某办公楼顶，位于北京市中心以北，三环和四环之间，周边每天的交通量约为10万辆，交通流量从05:00开始迅速增加，在上午11:00左右达到峰值。

潘月鹏研究员团队使用Picarro公司在线光学法测量仪器G2103对NH3浓度日变化进行一整年的观测，发现北京大气环境中NH3早高峰是一种普遍现象：一年中共有267天出现NH3浓度早高峰，出现频率为73.0%。特别是在冬季，不仅NH3浓度早高峰出现的频率大，浓度的增长速度也很快，涨幅超过了20%，是NH3浓度早高峰最为典型的季节。

图1. NH3早高峰的出现频率和浓度的增幅

为了研究冬季NH3浓度早高峰，该研究还同时使用传统的湿化学方法（ChemComb 3500采样系统）测量了NH3的日变化特征。结果发现，ChemComb与Picarro光学法测量的NH3浓度日变化特征相似，均与机动车流量日变化特征一致。观测期间，Picarro和ChemComb测量的NH3浓度分别为15.9 ± 12.5和14.1 ± 7.5 μg m-3，没有显著性差异。这一结果证实了光学仪器测量结果的可靠性。

图2. Picarro和ChemComb
观测NH3浓度时间序列对比

该研究最后还提取了冬季样品中的NH4+，使用离子色谱法（ICS-90, Dionex Corporation, Sunnyvale, CA）测定了NH4+浓度。随后，基于自主发展的化学测量方法，在中国科学院应用生态研究所稳定同位素生态实验室通过同位素比率质谱仪（IsoPrime100，IsoPrime limited，英国）测定分析NH4+的δ15N值。同位素数据确认了机动车排放对NH3浓度早高峰的贡献高达40%，是需要重点管控的排放源。

研究意义

以往研究发现，早晨大量NH3排放会导致HONO和气溶胶硝酸盐和硫酸盐的爆发性增长，诱发霾污染。因此，精准认识NH3浓度早高峰的来源对控制光化学和气溶胶污染都有重要意义。本研究通过小时尺度同位素示踪技术，完美再现了NH3同位素的日变化特征，从一个新的视角解读了北京冬季氨气浓度早高峰的形成过程，发现了机动车排放对NH3浓度早高峰的重要贡献，为城市大气NH3精准减排提供了科学依据。