在气候变化背景下，海洋气溶胶中的有机组分受到广泛关注。一方面，海洋有机气溶胶可以通过直接或间接效应影响气候。另一方面，海表温度升高和海冰加速消融等环境因素的变化也会影响海洋有机气溶胶的组成和分布。海洋有机气溶胶既有自然源也有人为源，从全球来看，北半球地区气候变化更为迅速且人为活动更为频繁，因此探究气候变化背景下，北半球海洋气溶胶中典型有机组分的时空分布特征以及影响其浓度的关键因素，有助于更好地理解气候变化及其相互关系。基于此，研究者通过中国北极科学考察提供的3个航次的气溶胶总悬浮颗粒物样品，结合后向轨迹受体模型，以及主成分分析（PCA），多元线性回归（MLR）, 广义加性模型（GAM）等统计分析手段，对北半球海洋大气气溶胶中脂类化合物和二次有机气溶胶（SOA）示踪物的时空分布特征、来源及影响因素进行了深入分析，并针对对气候变化响应最敏感的北极地区，探究了北冰洋海区气溶胶中生物二次有机碳（SOC）对海冰变化的响应。在此基础上，为进一步了解有机气溶胶与海冰变化之间的关系，研究者利用北极监测计划提供的气溶胶中持久性有机污染物（POPs）浓度数据以及美国国家冰雪数据中心提供的海冰面积数据，结合互相关分析，探究了北极大气中不同POPs对海冰变化的响应情况。研究结果为正确理解海洋有机气溶胶与气候变化之间的关系提供了观测依据和认知框架，取得的主要成果如下：

（1）基于2014、2016和2018年夏季北极科学考察采集的气溶胶样品，探究了气溶胶中正构烷烃和脂肪酸在白令海和西北太平洋的时空分布和来源。结果表明，2018年西北太平洋和白令海的脂质浓度均较高。西北太平洋的高脂质浓度可能是由于2018年气团更多来自欧亚大陆，因此带来了高分子量的脂质。白令海高的脂质浓度一方面和西北太平洋的气团传输有关，另一方面自身初级生产力的提高也能使海洋向大气中排放更多的脂类物质。正构烷烃和脂肪酸的来源相似，时间上，两者特征参数的定性评估表明，正构烷烃在2016和2018年相对2014年更多来自高等植物蜡源，脂肪酸在2018年相对其他两年也更多来自高等植物蜡源。空间上，PCA-MLR的定量评估表明，西北太平洋受陆地自然源的影响最大（57.8%），而白令海受人为源的影响最大（58.8%），这意味着以白令海作为背景海区分析气溶胶时要更加谨慎。最后，对一次有机碳（POC）的评估发现脂肪酸比正构烷烃贡献了更多的有机碳（OC），且脂类物质在白令海区对OC的贡献相对西北太平洋来说更大。以上结果为气候变化暖背景下陆地和海洋对气溶胶中脂类物质来源的影响提供了新的证据。

图1 西北太平洋和白令海区脂类物质的来源及迁移转化过程

（2）基于2014、2016和2018年夏季北极科学考察采集的气溶胶样品，探究了SOA示踪物在白令海和西北太平洋的时空分布和影响因素。结果表明，时间上，两个海区中异戊二烯SOA（SOAI）示踪物的浓度在2014年均最低，可能因为这一年的高NOx 环境促进了2-甲基丁四醇（MGA）的生成，但抑制了2-甲基甘油酸（MTLs）的生成。然而，单萜SOA（SOAM）示踪物在2014年的浓度最高，这是由于这一年更强的大气氧化能力促使更多的初代产物氧化为高级产物，导致气溶胶相对于其他两年更加老化。相比之下，倍半萜SOA （SOAC）示踪物和苯系物SOA（SOAA）示踪物的总体浓度较低，年际差异不大。空间上，西北太平洋的SOA示踪物浓度显著高于白令海区，这是由于SOA示踪物在白令海区主要来自海洋源，而在西北太平洋则受到陆地输入的强烈影响。对于西北太平洋受陆地影响的样品，NOx通道产物MGA相对于HO₂通道产物MTLs更依赖于O₃和SO₂，高的大气氧化能力和SO₂可促进SOAM高级产物的形成。通过PCA-GAM进一步量化陆地的影响程度，发现陆地源解释了50%以上的生物源SOA示踪物浓度，并贡献了几乎全部的人为源SOA示踪物。此外，对SOC的评估发现人为活动对近海有机碳有重要贡献。相关发现揭示了邻近大陆输入对西北太平洋气溶胶浓度的重要影响，为我们理解海洋大气中SOA的行为提供了新的视角和科学依据。

图2 西北太平洋和白令海区SOA示踪物的源及迁移转化过程

（3）基于2014、2016和2018年夏季北极科学考察采集的气溶胶样品，探究了生物SOA示踪物在北冰洋地区的来源、影响因素以及对海冰变化的响应。结果表明，对于SOAI示踪物，MTLs在任何一年的浓度均最高。对于SOAM示踪物，2014年由于气溶胶更加老化，主要以高级产物为主。相反，2016和2018年由于气溶胶更加新鲜，主要以初代产物为主。此外，相关性分析和PCA-GAM的结果进一步表明，SOAI示踪物主要由海洋排放的异戊二烯氧化生成，而SOAM示踪物则主要来自陆地的长距离传输，即不同生物SOA的前体物来源存在差异。SOC的评估表明单萜烯氧化对OC的贡献大于异戊二烯，且北冰洋地区海冰变化对大气中的生物SOC水平影响相对较小。这些研究成果不仅有助于更好地了解北冰洋大气中 SOA 的特征、来源和形成过程，而且对评估北极放大背景下有机气溶胶和海冰变化的关系具有重要的科学意义。

图3 北冰洋大气中SOAI和SOAM示踪物的源及迁移转化过程

（4）基于近30年的大气气溶胶中的POPs浓度数据和海冰数据，通过比较有机氯农药（OCPs）和多氯联苯（PCBs）等典型的POPs在北极Alert、Zeppelin、Stórhöfði和Pallas这4个站点的变率，结合互相关分析，探究POPs对海冰变化的响应情况。结果发现，在周围多为浮冰区的Zeppelin站点，OCPs（尤其是六氯苯（HCH）和α-六氯环己烷（α-HCH））在2009年后与海冰变化显著负相关，而在其他站点相关性较低或不相关。PCBs在Stórhöfði和Pallas站点，超前海冰变化，可能与大气长距离输送和土壤充当二次源有关，而在Zeppelin站点出现了和滴滴涕（DDTs）类似的滞后海冰变化的现象。因此，不同类型的POPs对海冰变化的时空响应不同，海冰消融不一定导致POPs大气浓度增大。这为深入理解POPs在气候变化影响下的环境行为提供了更为准确的科学见解，并进一步加深了我们对北极海冰变化与有机气溶胶之间相互作用的认识。

撰稿：胡成格

核稿：李越