城市空气质量差应该让工厂和汽车负全责吗？

城市山谷

    美国卡内基梅隆大学(CMU)与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的移动实验室正在匹兹堡市中心收集数据。


        Rishabh Shah发明的“氧化流反应器” 加快了大气中挥发性有机化合物(VOCs)的处理
小颗粒污染物对人类健康构成了重大威胁，但科学家们对它的形成和进化仍旧感到困惑不解，特别是有机微粒(也称为气溶胶)，其中的许多有机气体都会被大气所氧化。此外，与现场测量相比，计算机模型对“二次”有机气溶胶(SOA)的预测是不精确的，这表明计算机模型要么忽视了一些重要的SOA来源，要么未能描述导致SOA形成的物理过程。
近日，美国卡内基梅隆大学(CMU)与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)合作进行的一项新研究揭示了一种未被充分认识的SOA来源，可能有助于弥补计算机模型测量的缺陷。这项发表在《环境科学与技术》杂志上的研究表明，传统上不被考虑的挥发性有机化合物(VOCs)可能为城市空气贡献了近一半的SOA。
“我们的实验表明，在人口众多的地区，车辆和植物排放的经典污染物只能解释大约一半的SOA，我们将另一半归因于非经典的VOCs。”机械工程教授、该研究的通讯作者Albert Presto说。非经典的VOCs来源于大量不同的化学制品、工业和家用产品，包括农药、涂料和油漆、清洁剂，甚至是除臭剂这样的个人护理产品。Presto说。“我们日常使用的任何有香味的东西都含有有机分子，它们可以进入大气层并在其中发生反应形成SOA。”
运输部门长期以来一直是城市空气中VOCs的主要来源，但近几十年由于尾气排放的严格规定，与交通有关的VOCs逐渐淡出了人们的视线，非经典的VOCs开始对城市大气产生更大的影响。虽然NOAA之前的研究提醒了大气科学界应当注意城市大气中非经典VOCs对SOA形成的重要性，但这一想法仍有待验证。
想要测试大气中有多少SOA形成并不容易。排放到大气中的VOCs会被风吹散，与阳光和其他氧化剂发生反应形成SOA，整个过程大概需要几天的时间，很难追踪。在这项新研究中，主要作者Rishabh Shah建造了一个反应堆，通过用比大气中更高浓度的氧化剂轰击气体，加速了气体的氧化过程，在物理上模拟了一个气体分子在大气中一周内所有的反应。在很短的一段时间内，Shah的反应堆就可以评估取样的空气形成SOA的全部潜力。
随后，研究小组将反应堆安装在一辆面包车里，创造了一个移动平台，在不同的环境中进行空气采样。结果发现，在存在大量非经典VOCs的地方，反应器形成了大量的SOA。这些地方既包括市区的街道峡谷，也包括城市的低层建筑，在这两个地方，除臭剂和护发素等消费品的蒸发量很高，尤其是在早上。重点是，在这些地方，最先进的标准计算机模型并不能预测研究人员在反应堆中观察到的SOA的全部数量。
综上所述，这项研究证明，非经典的VOCs为城市大气贡献了大量的SOA。据Presto估计，非经典VOCs的排放贡献与交通和生物圈排放的总和贡献大致相同，这与NOAA提出的假设是一致的。Presto说：“之前，我们主要关注发电厂和汽车对空气质量的影响。而现在，我们应当重视另一类‘日常无处不在’的VOCs也能产生大量SOA。”






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