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。
