Δ17O( $$\rm{NO} の一日の物語

Jul 27, 2023

npj 気候と大気科学第 5 巻、記事番号: 50 (2022) この記事を引用

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無機硝酸塩の生成は、大気の酸化能力と酸性度を反映する大気化学において重要です。ここでは、高時間分解 (3 時間) エアロゾル中の硝酸塩の酸素異常 (Δ17O($\rm{NO}_{3}^{-}$)) を使用して、硝酸塩の発生の化学メカニズムを調査します。中国の巨大都市、南京の冬の微粒子。継続的な Δ17O($\rm{NO}_{3}^{-}$) の観測は、冬季の硝酸塩生成において夜間の化学反応 (NO3 + HC/H2O および N2O5 + H2O/Cl-) が優勢であることを示唆しました。硝酸塩生成経路の有意な日内変動が見つかった。夜行性化学物質の寄与は夜に増加し、真夜中にピーク (72%) に達しました。特に、大気汚染が悪化する過程で、夜間の経路が硝酸塩の生成にとってより重要になった。対照的に、日中の化学物質 (NO2 + OH/H2O) の寄与は日の出とともに増加し、正午頃に最も高い割合 (48%) を示しました。粒子表面上の N2O5 の加水分解は、霧の日の日中の硝酸塩生成に重要な役割を果たしました。さらに、硝酸塩の化学反応が沈殿イベントによってリセットされた後、NO2 と OH ラジカルの反応が硝酸塩の生成を支配することが判明しました。これらの結果は、反応性窒素化学における動的な変化を調べるために、Δ17O($\rm{NO}_{3}^{-}$) の高時間分解観察が重要であることを示唆しています。

硝酸塩 ($\rm{NO}_{3}^{-}$) とその前駆体 NOx (NOx = NO + NO2) は、大気の化学プロセスと微粒子 PM2.5 の形成において重要な役割を果たします。直径 2.5 μm 未満1,2。対流圏の NOx の酸化は、オゾン (O3) の生成と、大気の自浄能力を制御するヒドロキシルラジカル (OH) の再利用を促進します3。さまざまな発生源から排出される NOx の大部分は、酸化剤 (O3、OH、HO2、RO2 など) による大気酸化プロセスを経て、最終的に硝酸 (HNO3) と有機硝酸塩 (RONO2 など) に変換されます。 HNO3 は降水の pH を低下させ、酸性雨が発生するリスクを高めます5。さらに、HNO3 はアルカリ性アンモニアとの大気反応を通じて容易に硝酸塩粒子に変換され、その結果、既存の粒子の化学組成とサイズに影響を及ぼし、雲や降水の形成にも影響を与えます 3,6。 RONO2 は粒子相 (RONO2(p)) に分配され、表面への堆積または加水分解によって大気中から除去され、無機硝酸塩とアルコールが形成されます 7、8。気相 (HNO3(g))、液相 (HNO3(aq))、および微粒子 ($\rm{NO}_{3}^{-}$(p)) の大気中の硝酸塩は、最終的に湿式/乾燥堆積。したがって、NOx-$\rm{NO}_{3}^{-}$ 変換のメカニズムを調査することは、大気化学の研究にとって重要です。

NOx から $\rm{NO}_{3}^{-}$ への変換は、NOx サイクル (補足注 1) と硝酸塩生成プロセスを組み合わせたものです。日中、強い太陽光の下では OH ラジカルが発生しやすく、NO2 + OH 反応により HNO3(g) が生成されます9。 NO2 は表面で加水分解されて HNO3(aq)10 を生成します。HNO3(aq)10 は、中国北部平原 (NCP) の冬のひどい霧の日に弱い硝酸塩生成源であることが判明しています 11,12。さらに、NO2 は O3 と反応して NO3 ラジカルを形成し、その後 NO3 が炭化水素 (HC) および硫化ジメチル (DMS) と直接反応するか、表面で加水分解されて HNO313、14、15 を生成します。 NO3 ラジカルは太陽光の下で容易に NO2 に光分解されるため、この反応は夜間に起こりました16。また、非沿岸地域では DMS の混合比が低いため、NO3 + DMS の寄与は小さい17。夜間の NOx 貯留体である五酸化二窒素 (N2O5) は、浮遊粒子表面で反応して HNO3(aq) のみ、または $\rm{NO}_{3}^{-}$(p) と塩化ニトリル ( ClNO2）18．有機硝酸塩 (RONO2) やハロゲン硝酸塩 (XNO3) の加水分解など、硝酸塩粒子の他の潜在的な形成メカニズムは、沿岸地域やアマゾンのような熱帯雨林地域では重要である可能性があります 13。

75 μg m−3) and increased up to 271.7 μg∙m−3 on January 25th. Time period from January 21st 8:00 to 27th 2:00 was defined as a haze period (PM2.5 > 75 μg m−3) according to the Grade II of NAAQS (National Ambient Air Quality Standard) in China. The severe haze ended when the majority of PM2.5 was scavenged by the precipitation on January 27th. Visibility was relatively high (4.0 ± 0.7 km) during the clean days and extremely low (≈1 km) during the most severe haze period (January 24th to 26th) (Fig. 1a). Three precipitation events (less than 4 mm for each) were observed on January 14th, 25th, and 27th, resulting in the decrease of PM2.5 levels with fractions of 52–82% (Fig. 1a). Air temperature varied from −1.1 to 12.8 °C and was negatively correlated (r = −0.56, p < 0.001) with RH, which ranged from 19 to 84% (Fig. 1b). The wind speed was less than 3.7 m∙s−1 and was either from the north or east to south (Fig. 1c). RH was used to estimate the trend of planetary boundary layer height (PBLH) using the Clausius–Claperyron Equation (Supplementary Note 2). The obtained PBLH was higher in the daytime (865 ± 528 m) and lower at night (770 ± 458 m) (Fig. 2d)./p>

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