科研動態----中國科學院煙臺海岸帶研究所

煙臺海岸帶所在氮同位素示蹤大氣氮氧化物來源方面取得系列進展

發布時間：20-07-09

發布時間：20-07-09 | 【打印】【關閉】

氮氧化物（NOx）是大氣中主要的活性氮成分。過量的NOx排放可以對生態環境和人類健康等方面造成嚴重危害。近年來，NOx過量排放對我國空氣污染的貢獻凸顯，如何客觀評估其主要排放源，是對其有針對性地減排，進而改善我國空氣質量的關鍵。

NOx和硝酸鹽（NOx的二次產物）的穩定氮氧同位素（δ¹⁵N/δ¹⁸O）中蘊含著其來源信息，但由于大氣分餾的影響，前期穩定氮氧同位素技術在示蹤NOx和硝酸鹽來源研究中均以定性人為源和自然源為主，不利于指導大氣NOx的污控減排。為此，中國科學院煙臺海岸帶研究所海岸環境地球化學過程與模擬研究組宗政博士與田崇國研究員創新性地開發了NOx的大氣分餾模塊，通過與貝葉斯同位素混合模型耦合，建立了解析大氣NOx排放源類型的方法；通過與正矩陣分解模型（PMF）聯合應用，驗證了該方法的準確性；與潛在源概率模型（PSCF）聯合應用，實現了污染源區空間分布的識別；最近，根據海洋源和陸地源NOx的氮氧同位素差異特征，通過模型功能模塊的二次開發，定量了海洋源對海岸帶地區NOx的貢獻特征。

具體研究進展如下：

（1）基于開發的大氣NOx來源解析方法定量了渤海北隍城島的大氣NOx來源。結果表明：燃煤排放、生物質燃燒和移動源排放是渤海大氣中NOx的主要來源，冬季供暖燃煤排放對大氣NOx的貢獻十分明顯。相關研究結果發表于環境科學與工程領域期刊Environmental Science & Technology（IF=7.864）；

（2）將開發的大氣NOx來源解析方法與PMF模型聯合應用，解析了黃河三角洲地區夏季NOx的來源。兩種方法結果差異不超過6.69%，驗證了建立的大氣NOx來源解析方法的有效性，并發現該地區夏季生物土壤源呈現顯著上升，貢獻可達20%。相關研究結果發表于環境科學與工程領域期刊Environmental Pollution（IF=6.792）；

（3）基于大氣NOx來源解析方法確認并評估了2015年天津港爆炸事件對渤海地區大氣氮沉降的影響。結果顯示受到爆炸事件影響，氣溶膠氮氧同位素具有良好的響應信號，火災爆炸導致渤海地區大氣氮沉降量增加了308.49 微摩爾氮/平方米/天，影響區域約為渤海總面積的1/5。相關研究結果發表于環境科學與工程領域期刊Atmospheric and Oceanic Science Letters（IF=2.1），并受到了國內外廣泛關注。

（4）利用大氣NOx來源解析方法與PSCF模型聯合拓展應用，對我國五個主要城市（北京、上海、廣州、武漢、成都）NOx來源特征及源區分布進行了解析，結果再次表明燃煤源亦是我國城市區域NOx的主要來源，貢獻比例在31.1%-41.0%，主要來源于我國華北地區（供暖、電廠貢獻）和南部較為發達的地區（電廠貢獻）。相關研究結果發表于環境科學與工程領域期刊Environment International（IF=7.577）。

（5）為了驗證該方法的普適性，與巴基斯坦COMSATS信息技術學院合作，將該大氣NOx的來源解析方法應用到熱帶地區，結合排放源海陸性質，解析了阿拉伯海地區海洋源對巴基斯坦重要城市卡拉奇NOx的貢獻特征，貢獻約為16.8%，其中閃電源、船舶源與微生物源分別貢獻了20.3%，46.3%和33.4%。相關研究結果發表于環境科學與工程領域期刊Environmental Science & Technology（IF=7.864）。

圖1. 我國主要城市地區生物質燃燒，煤炭燃燒，移動源和微生物源對NO_x的區域貢獻特征

圖2. 阿拉伯海地區海、陸風中硝酸鹽的氮同位素特征及其前體物氮氧化物的來源解析特征

該系列研究獲得了國家自然科學基金(Grant No. 41977190, 41907198)、國家自然科學-山東省聯合基金（U1906215）等項目的支持。

相關論文：

[1] Zheng Zong, Xiaoping Wang, Chongguo Tian, Yingjun Chen, Yunting Fang, Fan Zhang, Cheng Li, Jianzhong Sun, Jun Li, Gan Zhang, First Assessment of NOx Sources at a Regional Background Site in North China Using Isotopic Analysis Linked with Modeling. Environmental Science & Technology 2017, 51, (11), 5923-5931.（IF=7.864）

[2] Zheng Zong, Yang Tan, Xiaoping Wang, Chongguo Tian, Yunting Fang, Yingjun Chen, Yin Fang, Guangxuan Han, Jun Li, Gan Zhang, Assessment and quantification of NOx sources at a regional background site in North China: Comparative results from a Bayesian isotopic mixing model and a positive matrix factorization model. Environmental Pollution 2018, 242, 1379-1386. （IF=6.792）

[3] Zheng Zong, Zeyu Sun, Yang Tan, Chongguo Tian, Lin Qu, Ling Ji, Impact of an accidental explosion in Tianjin Port on enhanced atmospheric nitrogen deposition over the Bohai Sea inferred from aerosol nitrate dual isotopes. Atmospheric and Oceanic Science Letters 2019, 2376-6123.（IF=2.1）

[4] Zheng Zong, Yang Tan, Xiao Wang, Chongguo Tian, Jun Li, Yunting Fang, Yingjun Chen, Song Cui, and Gan Zhang, Dual-modelling-based source apportionment of NOx in five Chinese megacities: Providing the isotopic footprint from 2013 to 2014. Environment International 2020, 137, 105592-105592.（IF=7.577）

[5] Zheng Zong, Chongguo Tian, Jun Li, Jabir Hussain Syed, Wei Zhang, Yunting Fang, Yifan Jiang, Jawad Nasir, Muhammad Mansha, Syed Hussain Haider Rizvi, Muhammad Shafiq, Suhaib Bin Farhan, and Gan Zhang, Isotopic Interpretation of Particulate Nitrate in the Metropolitan City of Karachi, Pakistan: Insight into the Oceanic Contribution to NOx. Environmental Science & Technology 2020, 54, 7787-7797.（IF=7.864）