《Atmospheric Pollution Research》：Unveiling Seasonal Dynamics of Nitrate Aerosols: A Crucial Step in Understanding Atmospheric Pollution
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上海春季和秋季PM2.5中硝酸盐的化学组分与形成机制研究，基于Aerosol Mass Spectrometer和constrained PMF分析，发现有机硝酸盐（NO3,org）在秋季占比达24%，春季为8%，且均呈现夜间峰值。高湿度（>50%）显著增强多相硝酸盐（NO3,inorg）生成，主导春季硝酸盐累积，而秋季光化学反应（OH·和VOC氧化）与夜间NO3··/N2O5反应共同作用。研究揭示光化学与多相路径的季节耦合差异，提出需联合控制VOCs和NOx以应对秋季硝酸盐污染，减少春季高湿多相硝酸盐积累。
王庆红|史家林|李明哲|朱文飞|乔丽萍|陈军|娄胜荣
上海科技大学能源与动力工程学院，中国上海200093
摘要
在上海，硝酸盐通常是导致春季和秋季PM2.5增加的主要因素，然而无机硝酸盐（NO3,inorg）与有机颗粒硝酸盐（pON）之间的季节性耦合机制尚不清楚。我们通过春季和秋季的城市观测，利用气溶胶质谱仪和受限质谱飞行时间（PMF）技术，研究了硝酸盐的特性及其环境驱动因素。春季时，有机硝酸盐（NO3,org）占总硝酸盐的8%，秋季则占24%，并且在两个季节中夜间浓度都显著升高。有机颗粒硝酸盐（pON）占春季有机气溶胶（OA）的14.9%，秋季占46.5%。在污染严重时期（PM2.5≥75 μg/m3），无机硝酸盐的比例显著增加，尤其是在春季。从机制上看，白天的OH和VOC氧化作用以及夜间的NO3·/N2O5化学反应共同调控了有机硝酸盐（NO3,org的生成；而高于50%的高相对湿度（RH）则促进了无机硝酸盐（NO3,inorg的多相生成，成为硝酸盐增加的主要因素。秋季较高的Ox浓度增强了光化学反应，进一步促进了有机硝酸盐（NO3,org的形成。研究结果表明，控制硝酸盐分布和PM2.5增加的机制在春季和秋季之间存在季节性变化，这表明秋季需要同时控制VOC和Ox的排放，而在春季则应减少潮湿环境下的无机硝酸盐（NO3,inorg积累。
引言
有机颗粒硝酸盐（pON）含有硝酸盐官能团（R–ONO2），在大气有机气溶胶中起着重要作用。在不同环境中，它们占有机气溶胶质量的5%到77%（Ge等人，2022年；Yu等人，2019年）。这些化合物是通过大气氧化剂（主要是硝酸根自由基（NO3·）、羟基自由基（OH·）和臭氧（O3）在富含NOx的条件下氧化挥发性有机化合物（VOCs）而形成的。
采样
观测在上海市两个具有代表性的城区进行：上海环境科学研究院（SAES）和静安区监测站（JDMS）。春季的观测时间为2017年5月18日至6月4日，秋季的观测时间为2017年9月7日至10月8日。SAES的观测点位于上海市徐汇区，坐标为31.10°N, 121.25°E。
化学物质概述
春季的观测期为2017年5月18日至6月4日，秋季为2017年9月7日至10月8日。图1展示了两个季节中化学物质、气态污染物和气象参数（相对湿度RH、温度T）的时间序列。表1提供了这些变量的平均值统计摘要。在整个观测期间，PM2.5浓度表现出显著的时间变化。
研究的局限性
本研究基于单一大城市的两个不同季节的观测数据，这限制了其时空代表性，并可能在非典型气象或边界层条件下引入偏差。关于来源分配，尽管通过受限质谱飞行时间（ME-2）分析严格区分了无机硝酸盐和有机硝酸盐（NO3,inorg vs. NO3,org），但结果仍对AMS NO+/NO2+的比例以及潜在的误差敏感。
结论与大气意义
本研究利用高分辨率质谱仪（HR-ToF-AMS）的数据，估算了春季和秋季无机硝酸盐（NO3,inorg）和有机硝酸盐（NO3,org的质量浓度，以及相对湿度（RH）的影响。研究揭示了上海地区硝酸盐的行为和形成机制的季节性变化。春季时，有机硝酸盐（NO3,org的平均浓度为0.309 μg/m3（占总硝酸盐的8%），而秋季浓度有所增加。
作者贡献声明
朱文飞：撰写、审稿与编辑、方法论设计、数据分析、概念构建。
乔丽萍：数据整理。
陈军：方法论设计、数据分析。
娄胜荣：项目管理、概念构建。
王庆红：撰写初稿、方法论设计、数据分析、数据整理。
史家林：数据分析、数据整理。
李明哲：撰写、审稿与编辑。
材料可用性
本研究未生成新的独特材料。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42207118）和上海大气颗粒物污染与防治重点实验室（LAP3）开放项目（项目编号：FDLAP24005）的支持。
