模擬揭示有機(jī)空氣污染物的分子足跡

加入全球遏制空氣污染的努力，德克薩斯 A&M 大學(xué)的研究人員開發(fā)了計(jì)算工具來準(zhǔn)確評(píng)估某些有機(jī)大氣污染物的足跡。他們的模擬在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志上有所描述，可以幫助政府機(jī)構(gòu)更密切地檢查碳基污染物的人造來源。

“人類活動(dòng)導(dǎo)致氣溶膠等有機(jī)空氣污染物大幅增加，導(dǎo)致全球多地空氣質(zhì)量惡化，甚至導(dǎo)致氣候變化，”扎克瑞系副教授齊穎博士說土木與環(huán)境工程。“但通過特定標(biāo)記化合物更好地估計(jì)有機(jī)氣溶膠，我們可以制定更好的排放控制措施，為所有人提供更清潔的空氣。”

根據(jù)已發(fā)表的報(bào)告，低層大氣中 20-40% 的顆粒物來自有機(jī)氣溶膠。這些化合物造成的空氣污染是一種持續(xù)的威脅，會(huì)影響氣候、健康和能見度。例如，根據(jù)氣溶膠的類型，一些可以改變進(jìn)入大氣的熱量，而另一些則影響離開的熱量。此外，有機(jī)氣溶膠很容易被吸入，如果以足夠高的濃度存在于體內(nèi)，可能會(huì)使許多健康問題惡化，從哮喘到慢性阻塞性肺病。這些化合物還可以通過引起混濁而降低能見度。

有機(jī)氣溶膠以揮發(fā)性化合物的形式進(jìn)入大氣，從各種自然和人為來源(例如燃燒化石燃料和車輛排放)釋放到空氣中。這些前體氣溶膠然后與氧化劑反應(yīng)并凝結(jié)在大氣中的現(xiàn)有顆粒上，形成二次有機(jī)氣溶膠。因此，從空氣質(zhì)量管理的角度來看，Ying 說有必要知道哪些前體有助于二次有機(jī)氣溶膠的積聚，以便可以減少它們的具體來源。

某些前體氣溶膠的范圍是根據(jù)一種稱為 2,3-二羥基-4-氧代戊酸 (DHOPA) 的標(biāo)記分子的豐度與來自現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的空氣樣本中二次有機(jī)氣溶膠的量之比來計(jì)算的。從歷史上看，這個(gè)比率是使用實(shí)驗(yàn)室測試室來確定的，其中保持非常受控的大氣條件。然而，該比率可能不適合在現(xiàn)場不同的大氣條件下使用。

“我們真的不知道這個(gè)比例是固定的還是開放環(huán)境中的變化，”應(yīng)說。“在環(huán)境空氣中，濕度、溫度和其他氣候因素不斷變化，這反過來又會(huì)影響對二次有機(jī)氣溶膠濃度的估計(jì)。”

為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，研究人員使用德克薩斯 A&M 高性能研究計(jì)算設(shè)施的超級(jí)計(jì)算機(jī)，根據(jù)東亞(包括中國、和韓國)的環(huán)境條件模擬大氣化學(xué)。作為輸入，模擬獲得了有關(guān)排放來源、排放率和不同地點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)的信息。模擬的重點(diǎn)是有多少二次有機(jī)氣溶膠是由不同的前體形成的，尤其是那些包含分子特征 DHOPA 的前體。

在運(yùn)行模擬時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)該比率隨環(huán)境溫度和空氣中有機(jī)氣溶膠的含量而變化。他們還觀察到，從先前的艙室研究中確定的比率將導(dǎo)致在未經(jīng)校正的情況下估計(jì)二次有機(jī)氣溶膠的重大錯(cuò)誤。然而，對于空氣污染水平相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)，對比率的修正保持不變。

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