中国におけるPMとオゾンの大気質に対する人為的塩素の影響

Effects of anthropogenic chlorine on PM and ozone air quality in China.

• Xuan Wang
• Daniel J Jacob
• Xiao Fu
• Tao Wang
• Michael Le Breton
• Mattias Hallquist
• Zirui Liu
• Erin McDuffie
• Hong Liao

抄録

中国では、農業火災、家庭用バイオ燃料、廃棄物焼却、石炭燃焼、工業プロセスからの大量の人為的塩素排出が発生しています。ここでは、包括的な人為的排出量と気相および不均一な塩素化学を詳細に表現したGEOS-Chem化学物質輸送モデルを用いて、中国全土の微粒子物質（PM）とオゾンの大気質に対する塩素の影響を定量化しています。モデルと観測されたClNO、HCl、粒子状塩素濃度を比較した結果、反応性塩素の多くが海洋起源である他の大陸地域とは異なり、中国の反応性塩素は主に人為的なものであることがわかりました。このモデルは、観測された濃度とその分布を再現することに成功しており、人為的塩素排出量の推定値とその結果の化学組成に信頼性を与えている。その結果、人為的塩素放出は塩化アンモニウムの生成を介して年間平均で3.2μg mもの無機質PMを増加させることがわかったが、これはClNOの生成がNOの加水分解と競合するため硝酸塩の減少によって部分的に補われている。MDA8表面オゾンの年間平均値は、主にClNO化学によるもので、1.9ppbまで増加するが、揮発性有機化合物の反応性は増加する(エタンについては48%まで増加)。塩素化学の他のより複雑な側面は比較的影響が少ないため、HCl/Cl熱力学とClNO化学を考慮することで、大気質モデルにおける塩素化学の十分な表現が得られることがわかった。

China has large anthropogenic chlorine emissions from agricultural fires, residential biofuel, waste incineration, coal combustion, and industrial processes. Here we quantify the effects of chlorine on fine particulate matter (PM) and ozone air quality across China by using the GEOS-Chem chemical transport model with comprehensive anthropogenic emissions and detailed representation of gas-phase and heterogeneous chlorine chemistry. Comparison of the model to observed ClNO, HCl, and particulate Cl concentrations shows that reactive chlorine in China is mainly anthropogenic, unlike in other continental regions where it is mostly of marine origin. The model is successful in reproducing observed concentrations and their distributions, lending confidence in the anthropogenic chlorine emission estimates and the resulting chemistry. We find that anthropogenic chlorine emissions increase total inorganic PM by as much as 3.2 μg m on an annual mean basis through the formation of ammonium chloride, partly compensated by a decrease of nitrate because ClNO formation competes with NO hydrolysis. Annual mean MDA8 surface ozone increases by up to 1.9 ppb, mainly from ClNO chemistry, while reactivities of volatile organic compounds increase (by up to 48% for ethane). We find that a sufficient representation of chlorine chemistry in air quality models can be obtained from consideration of HCl/Cl thermodynamics and ClNO chemistry, because other more complicated aspects of chlorine chemistry have a relatively minor effect.