近日，南科大海洋科学与工程系（简称海洋系）李莹副教授团队利用区域化学传输模型探索了海洋排放卤素的区域性影响，相关成果分别以The impacts of marine-emitted halogens on OH radicals in East Asia during summer及Potential deterioration of ozone pollution in coastal areas caused by marine-emitted halogens: A case study in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area为题发表在Atmospheric Chemistry and Physics及Science of the Total Environment上。

海洋占据了地球表面超过三分之二的面积，是大气中物质的重要来源，可以向大气排放众多气体和颗粒物，对大气化学有重要的影响，进而影响全球气候和陆地大气环境。在全球变化以及空气污染快速转变的背景下，理解海洋排放物质的影响对沿海高污染地区空气质量精细管控和区域气候研究等有重要意义。近年来，国际上已展开多项研究探索海洋排放对大气的影响，但是这些研究多关注全球尺度的整体影响，对区域尺度的海气交互过程，特别是海洋排放与人为污染物的相互作用，理解还十分缺乏。为此，团队利用分辨率更高的区域大气化学传输模型，结合过程分析等技术手段，分析研究了海洋排放卤素对大气环境的影响。

该研究分为两部分，第一部分着眼于大气氧化性。OH自由基是最重要的对流层氧化剂，之前的研究显示海洋卤素排放会极大地降低对流层OH自由基的平均浓度。研究结果显示，东亚区域的OH自由基会受到复杂的影响，使渤海海域OH浓度升高，华南沿海和内陆区域OH降低（图1a，P_OH为OH生成速率，与OH浓度近似成正比）。

图1. 海洋排放卤素引起的P_OH变化。（a）为总的变化，（b‒h）为不同化学过程引起的变化。

为了研究升高和降低的原因，研究团队进一步量化分解了卤素物质影响P_OH的不同化学路径，如图1b‒h（和为图1a）。P_OH主要通过三条路径被影响：卤素对O₃的消耗（P_{OH_O1D}），HO₂到OH循环的改变（P_{OH_HO2}），以及HOI的光解（P_{OH_HOX}，X绝大部分为I，极少部分为Cl和Br）。这三条路径又受到不同卤素物质参与的不同过程的影响，包括海盐气溶胶（SSA）的消光作用以及海盐Cl、Br离子的化学反应，无机碘（HOI和I₂）气体的化学反应以及无机碘排放相伴随的O₃沉降。除了无机碘化学，研究人员发现SSA的物理（消光）和化学过程也会显著地影响P_OH。特别是在陆地区域，P_OH的改变主要受SSA影响。其中比较特别的一个过程是Cl的化学，因为它可能会在陆地区域引起P_OH的增加，这对于陆地大气环境来说可能十分重要。

基于对大气氧化性的分析，研究人员继续深入探索了华南沿海的大气O₃所受的影响。氧化性的改变可能间接影响O₃。研究发现前人海洋排放对大气环境影响的短期气候平均研究会掩盖海洋Cl排放所引起的O₃污染的加重效应（图2a）。进一步分析显示，Cl在O₃高值天更容易活化中，O₃的增加经常与高浓度的O₃相伴随（图2阴影），这是因为颗粒态Cl的活化需要N₂O₅气体并释放ClNO₂气体，而N₂O₅主要由O₃和NO₂的夜间反应生成。

本研究结果表明，虽然海洋排放的绝对浓度对沿海城市大气环境的影响较小，然而，海洋排放通过与陆地大气污染的物理和化学耦合作用，可以对沿海城市大气环境，甚至是污染事件的水平产生不可忽视的影响。在日常环境空气质量的预警预报和精细化管控中应该考虑海洋排放的影响。

图2. 海洋排放卤素引起的O₃增加最大值以及相关气体浓度的时间序列。

李莹课题组2019级博士生范仕东为两篇论文的第一作者，李莹副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委，广东省科技计划和深圳市孔雀团队项目的支持。

论文链接：

https://acp.copernicus.org/articles/22/7331/2022/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722075581

供稿：海洋科学与工程系