二次有机气溶胶（soa）是大气气溶胶的重要组成部分。soa的组成和来源复杂，其中半挥发性/中等挥发性有机物（s/ivocs）被认为是soa的关键前体物，但其对soa生成的具体贡献尚不明确。同时，近年来夏季极端高温热浪在全球范围内频繁发生，其对大气soa生成的影响也鲜有报道。为此，中国科学院大气物理研究所研究团队联合北京化工大学、南京大学和南京信息工程大学，于2023年夏季高温热浪频发季节，利用氧化流动管反应器（ofr）结合气溶胶质谱仪、质子转移飞行时间质谱仪（ptr）等仪器对北京大气soa生成潜势与vocs的变化特征进行了实时在线观测和分析。
研究结果显示，观测期间平均soa生成潜势在约1.5天的等效光氧化时间达到最大值2.9 µg m-3，并且夜间的soa生成潜势显著大于白天（图1）。利用正矩阵因子分解法表征了一次poa向低氧化的lo-ooa和高氧化的mo-ooa阶段性转化过程（图2），进一步揭示了气相反应与非均相反应在soa生成与老化过程中均扮演着重要角色。
图1. （a）soa生成潜势随ofr光化学氧化时间的变化，（b）soa生成潜势和典型vocs的日变化和（c）与其他地区ofr观测结果的比较。
图2. 有机气溶胶在ofr内的阶段性转化过程。
本研究还形成了一套soa产率的全参数化方案，实现了vocs对soa生成贡献的定量估算。结果表明，vocs在ofr内的氧化消耗共可解释soa生成量的50.1 ± 17.3 %，且以苯系物的贡献为主，表明交通源的排放是北京夏季soa的主要来源。ivocs贡献了10.3 ± 5.2 %的soa生成量，而剩下未能解释的soa生成量则归因于未被ptr测量到的餐饮活动排放的s/ivocs与非传统排放源排放的挥发性化学品vcps等。
图3. 各类vocs对soa生成的贡献。
研究还注意到soa生成潜势在午间表现出明显的峰值（图1b），与异戊二烯、单萜烯等植物排放的bvocs的浓度峰值相对应，这说明高温热浪会导致午间bvocs排放增加，从而使大气soa生成潜势显著增强。进一步分析发现随着环境温度升高，soa生成潜势大幅降低（-97%），表明高温热浪还可以通过加速光氧化和增强大气氧化性来影响大气soa的生成与老化过程。考虑到全球高温热浪出现频率可能会逐年增加，未来仍需进一步评估其对soa生成的影响，从而相应改进空气质量预测方案与污染防控措施。
该研究成果以“secondary organic aerosol formation from ambient air in summer in urban beijing: contribution of s/ivocs and impacts of heat waves”为题发表在environmental science & technology letters上，论文第一作者为博士研究生张子珺。该研究得到了国家自然科学基金（42330605和42377101）的资助。
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