地球环境研究所提出大气沙尘颗粒老化过程中二次有机气溶胶非均相氧化生成的新证据

沙尘粒子作为全球陆源气溶胶的主要组成部分，其新鲜粒子通常呈疏水性。然而在老化过程中，沙尘表面形成的硫酸盐、硝酸盐等二次组分，能显著增强其吸湿性与反应活性，使之成为液相二次有机气溶胶（aqSOA）生成的重要介质。以往外场观测表明，沙尘事件期间超微米颗粒中常出现草酸盐与硝酸盐的共存现象，揭示沙尘表面可能参与并促进了二次有机酸的形成，但仍需更多观测资料证实。

为探究关中地区近地面人为污染对高山自由对流层大气环境的影响，中国科学院地球环境研究所气溶胶理化过程及环境效应团队在华山开展系统观测，并在之前的研究中发现，夏季白天的谷风可将地表的污染物输送至山顶影响自由对流层的化学组成，但冬季低温导致的边界层压低显著抑制了局地污染物向山顶的扩散，使高海拔地区气溶胶主要来源于远距离输送。本研究进一步聚焦于冬季观测期间的一次强沙尘事件，分析沙尘传输过程中近地面和山顶大气气溶胶中二元羧酸类SOA的分子组成和稳定碳同位素分布的垂直差异。结果表明：非沙尘期，草酸（C2）主要通过在细颗粒物中的液相氧化反应生成；而在沙尘期间，其形成路径则转变为在粗颗粒物表面的非均相化学反应（图1）。高海拔站点大气颗粒物主要源于远距离输送，受沙尘影响尤为显著，具体表现为：气溶胶老化指标增强（C2/C4比值升至7.75，图2）、δ13C值富集（较非沙尘期增加+8.3‰，图3）以及C2从细模态向粗模态的明显迁移（图4）。研究指出，粒径分布的转变与沙尘老化过程中形成的Ca(NO3)2吸湿性涂层密切相关，其催化的表面氧化反应与金属-草酸盐络合作用产生协同效应，共同导致δ13C显著富集。本研究阐明了沙尘老化过程中C2生成路径、粒径分布及δ13C特征的改变，并揭示了其显著的海拔差异性，为理解沙尘传输过程中二次有机气溶胶的转化提供了关键依据，并深化了对山地大气化学和区域气候效应的认知。

该研究结果发表于大气环境领域著名期刊Atmospheric Chemistry and Physics，地球环境研究所特别研究助理沈敏霞为论文第一作者，李建军研究员为通讯作者。研究受到国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、黄土科学全国重点实验室开放基金及中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

Shen, M., Qi, W., Liu, Y., Zhang, Y., Dai, W., Li, L., Guo, X., Cao, Y., Jiang, Y., Wang, Q., Li, S., Wang, Q., and Li, J.: Measurement report: Observational insights into the impact of dust transport on atmospheric dicarboxylic acids in ground region and free troposphere, Atmos. Chem. Phys., 25, 16147–16165, https://doi.org/10.5194/acp-25-16147-2025, 2025.

图1 沙尘驱动草酸粒径迁移与生成途径示意图

图2 沙尘事件期间华山山脚与山顶 (a)二元羧酸及其相关化合物的分子组成(b)主要二元羧酸相对百分比及(c)C2/C4与C3/C4比值

图3 华山山脚与山顶PM2.5中草酸的稳定碳同位素（δ13C）组成

图4 沙尘期与非沙尘期华山山脚和山顶二元羧酸的粒径分布对比