中國科大揭示灰霾天氣下汞的遷移和轉化機制

　　近日，中國科學技術大學教授謝周清、劉誠團隊在大氣形態汞的觀測研究中取得新進展，首次揭示了中國城市大氣中各種形態的汞（包括氣態元素汞、氣態氧化汞和顆粒態汞，以下分別簡稱GEM、GOM和PBM）在灰霾與非灰霾天氣條件下的分布特征和排放源地差異以及潛在的大氣汞氧化機制，相關研究結果于11月8日發表在大氣環境刊物《大氣化學與物理學》（Atmospheric Chemistry and Physics）上。

　　汞，俗稱“水銀”，是一種有毒有害的重金屬元素，在大氣中通常以氣態元素汞形式存在。氣態元素汞在大氣中停留時間長，可進行長距離傳輸，因而被視為一種全球性的污染物，引起了國際社會的廣泛關注。由于大量使用煤炭等化石燃料，我國成為汞的排放大國。了解大氣汞的遷移和轉化是汞污染控制的關鍵步驟。近年來，我國廣大地區灰霾頻發，大氣能見度、空氣質量以及氣象條件等均與國際上其它地區有明顯不同。這種范圍廣、持續時間長的灰霾環境是如何影響汞的循環，成為大家關注的焦點。從2013年開始，研究團隊在合肥地區開展了長期的大氣形態汞及其它各種大氣化學成分和氣象要素的在線觀測，旨在研究灰霾天氣對大氣汞形態的分布特征和化學行為的影響，為建立我國大氣汞污染和預測模型提供理論基礎和數據支撐。

　　觀測結果發現，非霾天大氣中GEM、GOM和PBM的年平均濃度分別是3.95±1.93 ng m-3、2.49±2.41 pg m-3和23.3±90.8 pg m-3，GEM比北半球背景濃度高大約2倍，灰霾天大氣GEM、GOM和PBM的平均濃度均有所增加，分別是4.74±1.62 ng m-3 、4.32±8.36 pg m-3和 60.2±131.4 pg m-3，其中PBM增加最明顯，大約增長了2.6倍。進一步的分析發現，造成灰霾天大氣汞濃度增高的主要原因是排放源和氣象條件的改變。灰霾頻發的秋冬季，大氣汞污染主要是來自于當地汞的排放，而灰霾天較差的擴散條件使得大氣汞積聚。PBM顯著增長主要是由于顆粒物濃度增多，吸附氣態汞造成。由于PBM的大氣停留時間遠低于氣態元素汞，長距離輸送減弱，導致局部沉降增多，增加了當地的生態暴露風險。

　　對GEM和GOM的日變化特征分析發現，灰霾和非灰霾天夜間GOM的濃度都相對穩定，但在日出前迅速增加。GOM的這種變化可能是由于邊界層和自由對流層（FT）之間的晝夜氣體交換引起的。然而在白天，非霾天和灰霾天表現出不同的GEM和GOM濃度變化趨勢。對于非霾天，GEM和GOM在下午同步下降，這可能是由于大氣邊界層抬高，導致濃度被稀釋。而對于灰霾天，下午GEM和GOM呈現出相反的變化趨勢，高GOM濃度恰好對應著GEM濃度最低值，僅由自由對流層GOM的輸送本身并不足以解釋白天GOM濃度的增加，霾天應該也有光化學氧化的貢獻。模型模擬結果證實，NO2與HgOH中間體的聚合反應可能是白天GOM濃度增加的一種潛在氧化機制。隨著NO2濃度的增加，NO2HgOH對于GOM的貢獻也在增加。由于灰霾天NO2的濃度高于非霾天，NO2促進大氣汞氧化的過程猶如霾天下汞雨，增加了人群的健康暴露風險。

　　該項研究工作得到科技部“973”項目和國家自然科學基金等項目資助。