Science Bulletin科学通报：中国大气二甲胺的全生命周期研究取得进展

 近日，南京信息工程大学胡建林、常运华教授联合中科院生态环境研究中心、复旦大学、上海市环境科学研究院、南京拓服工坊科技有限公司（TOFWERK中国）、北京大学、中科院地球环境研究所等单位在大气有机胺领域取得重要研究进展，相关成果以“Nonagricultural emissions enhance dimethylamine and modulate urban atmospheric nucleation”为题，在中国卓越计划领军期刊Science Bulletin以长文（Article）形式发表。胡建林教授为论文第一通讯作者，常运华教授为第一兼通讯作者。

       新粒子生成是指大气中的气态分子通过均相成核形成颗粒物的过程，是颗粒物数浓度的主要来源，对大气云凝结核的形成乃至全球气候变化有重要影响。气态有机胺，尤其是二甲胺被认为是新粒子生成的关键前体物。二甲胺的大气浓度较氨气低2-3个数量级，因而准确观测较有挑战性。此外，传统观点认为有机胺与氨气同源，由农业排放主导。然而在农业缺失的中国城市大气中，也能频繁观测到由硫酸-二甲胺-水三元成核触发的大气新粒子生成事件。那么对于典型城市乃至更大区域尺度上大气而言，二甲胺的时空分布是什么？二甲胺的主要排放源有哪些？非农业二甲胺对粒子数浓度的影响如何？

图1. 中国北方和南方大气二甲胺的区域大跨度走航观测

       针对上述科学问题，研究团队首先基于搭载有TOFWERK Vocus质子转移反应飞行时间质谱仪（Vocus PTR-TOF）的走航车，对中国大气二甲胺浓度开展了高灵敏度与高时间分辨率的车载移动观测。路线覆盖中国北方（山东东营至江苏南京；图1b）和南方（贵州黔西南至浙江绍兴；图1c）区域以及上海市区（图2a）。区域走航发现中国大气二甲胺浓度呈现东高西低、南高北低的分布格局，其中以农田为主的北方区域大气二甲胺浓度不足南方区域的1/3。在非农村地区，记录到由工业脉冲排放所导致的全球最高大气二甲胺浓度。在高度城市化的上海地区，二甲胺浓度自市中心向外围逐渐降低且与人口密度关联。这些结果表明中国区域和城市内部的大气二甲胺都深受非农业源排放的影响。

图2. 上海市环线道路的大气二甲胺走航观测及其与人口密度的关联

       其次，研究团队针对潜在的非农业排放源，系统开展了二甲胺源排放测试，确定了各种污染源的排放特征与排放因子（图3）。实验涵盖轻型机动车台架实验、重型卡车实际道路测试、植物箱式排放测试、工厂内外走航监测与城市化粪池系统排放测试等。研究结果表明，森林植物可能存在二甲胺排放，这部分解释了南方亚热带森林区的高浓度二甲胺。需要强调的是，该实验所用的PTR-MS分辨率较低，后期需开展更高精度的植物二甲胺直接排放和通量测试。此外，纺织工厂在印染环节所使用的含胺颜料被确定为重要的二甲胺排放点源。否定了机动车尾气存在高浓度二甲胺，证实了化粪池系统是中国城市特有且极其重要的二甲胺排放源。

图3. 二甲胺的非农业源排放机理与源排放测试

       最后，研究团队以上海为例，构建起包含居民生活源在内的城市非农业二甲胺排放清单。大气化学传输模型模拟结果表明，居民生活源的二甲胺排放在城市中心能贡献至多78%的大气粒子数浓度（图4）。该研究将外场观测、源排放测试与模型模拟相结合，呈现了中国大气二甲胺的全生命周期，为颗粒物污染防治和气候变化评估提供了有用参考。

图4. 居民源二甲胺排放贡献上海城市大气粒子数浓度的模型模拟

Chang et al., Nonagricultural emissions enhance dimethylamine and modulate urban atmospheric nucleation, 

Science Bulletin 2023, in press

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927323003523