NH3驱动的季节性积雪HONO生成机制：揭示中纬度地区雪盖与融雪期大气氧化性的关键未知源

本研究针对大气HONO（亚硝酸）未知源量化难题，通过更新CAMx模型中11种HONO非均相化学反应机制，结合中国东北地区雪盖-融雪期野外观测，首次揭示NH3（氨）与相对湿度（RH）对HONO生成的协同增强效应，发现融雪期HONO通量达峰值（9.06×1014 molecules m-2 s-1），为中纬度地区大气OH自由基贡献率达24.76%，为冰冻圈-大气交互通量研究提供量化依据。

　　

论文解读

大气中亚硝酸（HONO）的光解是OH自由基的主要来源之一，而OH自由基作为大气“清洁剂”，直接控制着二次污染物的生成速率。然而，现有模型普遍低估HONO浓度，表明存在大量未知来源。尤其在季节性积雪覆盖区域，雪颗粒表面形成的准液态层（QLL）可能成为HONO生成的“隐形工厂”，但其中氨（NH₃）的催化机制及其对大气氧化能力的贡献始终未明。

针对这一科学空白，中国科学院东北地理与农业生态研究所的研究团队在《Environmental Research》发表最新成果。研究通过整合自动升降采样系统与长光程吸收光度计（LOPAP），首次实现中国东北地区雪盖-融雪期HONO通量的连续观测，并更新CAMx模型中11种HONO非均相化学反应（包括消耗反应），量化了NH₃驱动下雪相变过程中HONO的生成规律。

关键技术方法
研究结合野外观测与数值模拟：1）自主研发自动升降系统同步测量0.25 m和0.85 m高度的HONO浓度梯度；2）采用改进检测限的LOPAP技术（检测限未明确但优于传统方法）；3）基于CAMx v7.31构建包含雪面化学机制的区域模型；4）利用NH₃浓度与RH数据建立增强因子函数。观测时段覆盖2024年3月长春地区积雪期（最大雪深24 cm）、融雪期和无雪期。

研究结果

Field observation of HONO flux
14天观测数据显示，HONO通量在融雪期达到峰值（9.06×10¹⁴ molecules m^-2 s^-1），显著高于积雪期（7.74×10¹⁴）和无雪期（3.12×10¹⁴）。中纬度雪盖HONO通量较极地高两个数量级，证实其作为重要区域源的潜力。

Enhancement mechanism of NH₃ and RH
NH₃通过促进NO₂二聚体（ONONO₂）在QLL中的水解，显著提升HONO产率。增强因子模型显示，NH₃与RH对未知HONO源的贡献在积雪期和融雪期分别达8.25%和19.78%。

Impact on atmospheric oxidants
NH₃驱动机制对OH自由基的贡献率最高（峰值24.76%），远高于对过氧自由基HO₂（12.14%）和有机过氧自由基RO₂（9.73%），直接强化大气氧化容量。

结论与意义
该研究首次阐明NH₃在雪相变过程中催化HONO生成的双重作用：1）融雪期QLL的扩大为NH₃-NO₂水解反应提供理想界面；2）中纬度雪盖的高HONO通量揭示其被低估的区域环境效应。模型机制的更新使未知HONO源比例下降19.78%，为冰冻圈-大气交互作用研究提供新范式。成果对理解季节性积雪区大气污染形成机制及气候变化反馈具有重要科学价值。