《大气污染防治行动计划》实施以来，我国冬季华北地区的空气质量已经显著改善，但在广大农村地区仍经常出现严重污染。最新研究也表明，由于浓度和成分差异，农村地区细颗粒物对人体健康影响显著高于大城市，因此深入研究我国华北农村地区大气细颗粒物尤其是有机气溶胶（OA）的组成、来源、生成机制及其对光学特性的影响尤为重要。

　　为此，中科院大气所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室孙业乐团队联合暨南大学马楠、天津大学傅平青和中国气象科学研究院徐婉筠等团队在华北平原代表性乡村站点（河北固城）先后开展了2次秋冬季综合观测试验，利用高分辨率飞行时间气溶胶质谱、单颗粒飞行时间气溶胶质谱、光声消光仪和热熔蚀器等多种在线仪器，结合PM_2.5滤膜离线样品分析，对固城站点颗粒物的化学组成、来源、光学特性和挥发特性，有机气溶胶的元素组成、粒径分布和老化过程等进行了深入研究。

　　研究结果显示华北冬季乡村地区污染程度高于城市地区，颗粒物成分以有机物（36%）和硝酸盐（22%）为主。华北乡村地区秋冬季经常出现大雾事件，研究发现雾期间的气溶胶理化特性和生成机制均发生显著变化，其中硫酸盐在颗粒物中的贡献显著增加，从非雾期间的13%增加至22%，有机物贡献则相应的降低（图1）。有机物组分也发生显著变化，其中与液相相关的aq-OOA贡献高达44%。颗粒物化学组分受吸湿性增长的影响在雾期间也呈现出更大的峰值粒径。通过分析2018年和2019年期间的不同雾过程发现，秋季雾形成的过程中伴随显著的清除效应，二次无机组分浓度降低明显，而冬季冻雾期间，二次无机组分浓度变化较小。

　　羟甲基磺酸盐（HMS）是液相反应的重要示踪物，我们对固城以及北京秋冬季HMS进行了定量分析，结果发现华北乡村地区由于更高浓度的前体物（HCHO和SO₂）和相对湿度以及较低的酸性导致HMS浓度（2.58±2.56 μg m^-3）显著高于城市地区（1.70±2.68 μg m^-3）。HMS在乡村地区平均贡献OA的6.3%和总颗粒态硫的16%（图2），进一步通过单颗粒质谱分析发现HMS的生成过程中主要混合了有机胺颗粒。研究结果同时揭示了气溶胶质谱由于无法区分HMS和无机硫酸盐导致的硫酸盐测量偏高现象，尤其是在高湿或者大雾期间，但基于HMS和硫酸盐产生的含硫碎片差异，可以对颗粒物中的有机硫酸脂进行合理的定量表征。

　　通过分析华北乡村地区的气溶胶光学特性发现，黑碳由于其包裹物产生的吸收增强（E_abs）为1.32（±0.15），略高于北京（1.24±0.15），并且显著受到相对湿度（图3）及燃煤排放的影响（Eabs>1.40）。此外，乡村地区棕碳（BrC）的吸收几乎是城市地区的两倍，但波长吸收指数相似，BrC吸收均显著受到燃煤、生物质燃烧排放以及光化学形成的SOA影响。

　　研究结果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres，Science of The Total Environment和Environmental Research，得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等资助。

　　Chen, C., Qiu, Y., Xu, W., He, Y., Li, Z., Sun, J., et al. (2022). Primary Emissions and Secondary Aerosol Processing during Wintertime in Rural Area of North China Plain, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD035430.

　　Sun, J., Xie, C., Xu, W., Chen, C., Ma, N., Xu, W., et al. (2021). Light absorption of black carbon and brown carbon in winter in North China Plain: comparisons between urban and rural sites, Science of The Total Environment, 770, 144821.

　　Chen C., Zhang Z., Wei L., Qiu Y., Xu W., Song S., et al. (2022). The importance of hydroxymethanesulfonate (HMS) in winter haze episodes in North China Plain，Environment Research, 211, 113093.

　　文章链接：

　　https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JD035430

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720383546

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935122004200

图1. 河北固城乡村站点非雾期间和雾期间颗粒物化学组分、有机组分和粒径分布比对。

图2. 北京和固城地区HMS在有机气溶胶（OA）和总颗粒态硫（HMS+SO₄）中的贡献比对图。

图3. 北京和固城吸收增强（E_abs）及化学组分随相对湿度的变化。