聯合研究揭示香港和中國內地超大城市二次有機氣溶膠污染的關鍵來源和反應途徑

(文章轉載自EurekAlert!,首次刊登於2022年5月27日)

2022-05-27
王哲教授(右三)與合作研究學者在環保署的超級空氣監測站,進行研究。圖片攝於疫情前。

王哲教授(右三)與合作研究學者在環保署的超級空氣監測站,進行研究。圖攝於疫情前。

團隊利用多種先進的質譜儀器進行空氣質素綜合研究。

團隊利用多種先進的質譜儀器進行空氣質素綜合研究。

中國不同的超大城市群區 (包括香港、北京、南京和上海) 的OOMs及SOA生成具有較強的同質性。

中國不同的超大城市群區 (包括香港、北京、南京和上海) 的OOMs及SOA生成具有較強的同質性。

香港科技大學(科大)環境與可持續發展學系助理教授王哲與國際研究團隊合作,在中國四個超大城市同步開展了大氣綜合觀測研究,揭示了人為源低揮發性有機蒸汽對二次有機氣溶膠(SOA)形成的重要影響,為開展有效的城市空氣污染控制措施提供了新的見解。  

空氣污染每年導致全球約700萬人死亡,是最大的環境健康風險。城市空氣中的污染物既可以從各種排放源直接排放,也可以經由自然源(如植物)和人為源(如交通、燃燒煤炭等)排放的前體物在大氣中通過複雜的化學反應形成。一直以來,針對直接排放的污染物的控制措施取得了很大成效,但是由於科學家未能充分掌握二次污染物在大氣中生成和轉化的機制,故要有效治理由二次污染物造成的空氣污染非常困難。

二次有機氣溶膠(SOA)是許多城市地區空氣污染的重要污染物,對氣候變化和人類健康有重要影響。加強對SOA的源頭及相關生成機制的理解,即有助於開展有效的城市空氣污染控制措施。是次聯合研究證實人為源低揮發性有機蒸汽於揮發性有機物(VOC)氧化生成SOA的內在機制中扮演關鍵角色,對形成城市空氣污染有重要影響。

科大研究人員於香港開展全面的實地研究,內地及國際研究人員則於同期在北京、南京和上海這三個超大城市開展相同研究。該聯合研究首次成功在不同城市識別和測量超過1,500種高活性含氧有機分子(OOMs),並研發出一套全新的分類體系,成功追溯這些OOMs及所生成的SOA的前體物。

研究結果表明,人為源VOCs氧化主導了OOMs的形成,其中約40%來自芳香烴,另外40%來自脂肪族碳氫化合物,後者的重要性在過往研究中一直被低估。研究還發現多步氧化和自氧化過程是超大城市地區中OOMs生成的關鍵化學機制,同時氮氧化物(NOx)對OOMs的生成有重要影響,導致OOMs中的含氮分子數量超過70% 。這些人為源OOMs分子通過凝結過程產生了38-71%的SOA,是重霾污染情況下SOA的主要來源。

研究結果顯示,中國三大超大城市群區的OOMs分佈及生成途徑具有較強的同質性。目前有超過8億人口居住於這三大群區,飽受城市空氣污染之苦,研究結果意味我們或能透過有效的空氣污染控制策略,統一解決中國人口稠密地區的城市空氣污染問題。

研究結果最近於《Nature Geoscience》發表,以「Secondary organic aerosol formed by condensing anthropogenic vapors over China's megacities」為題。科大環境與可持續發展學系助理教授王哲是該研究共同第一作者之一。 其他共同第一作者包括南京大學副教授聶瑋、副教授鄢超和上海環境科學研究院研究員黃丹丹 (科大博士研究生畢業)。 其他合作作者包括來自美國、芬蘭、瑞士、澳門、香港和中國內地的多名著名科學家。 是次研究工作得到了香港研究資助局主題研究計畫和中國國家自然科學基金重大計畫等專案的資助。

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