亞熱帶森林BVOCs排放和其影響因子之間的相互關系

白建輝

中國科學院大氣物理研究所中層大氣與全球環(huán)境探測重點實驗室，北京 100029

植物揮發(fā)性有機物（BVOCs）在大氣化學和光化學、氣候變化、輻射傳輸、輻射能量分配等方面發(fā)揮著重要作用（Brasseur et al.，1999；Bai，2013）。高度化學活性的 BVOCs和大氣中其它成分共同參與化學和光化學反應，產生O3、PM2.5、二次有機氣溶膠（SOA）、甲醛等多種污染物（Claeys et al.，2004；Kanakidou et al.，2005；Palmer et al.，2006；Bai et al.，2018），在氣液固相成分的變化和相互轉化中起著橋梁作用（Bai，2017），同時，它們是大氣中很多污染物的重要前提物。中國華北大部分地區(qū)SOA占氣溶膠的比例超過60%，河北省香河縣SOA占到了70%（Sun et al.，2016），北京大氣氣溶膠以半揮發(fā)成分為主，占有機氣溶膠的63%（Xu et al.，2019），包含北京的4個大城市重污染期間SOA占PM2.5的33%—77%（Huang et al.，2014）。這些研究表明，BVOCs通過化學和光化學反應產生的SOA發(fā)揮著著越來越重要的作用。人工林已經成為中國和全球森林的重要組成部分（雷加富，2005）。2000—2017年，在全球新增綠化面積中，中國貢獻排在首位（Chen et al.，2019）。植物增長將帶來BVOCs排放的增加，進而通過化學和光化學光化學反應產生的O3和 SOA 的增長（Fu et al.，2012；Situ et al.，2013），再次到云的形成及太陽輻射傳輸、輻射平衡、區(qū)域氣候和氣候變化等一系列問題（Brasseur et al.，1999；Claeys et al.，2004；Bai et al.，2018）。面對中國日益突出的O3污染問題，研究BVOCs排放過程及其影響因子、準確估算其排放量已成為當前研究中的關鍵一環(huán)。

BVOCs排放主要受光合有效輻射（PAR）、氣溫控制（Guenther et al.，1993）以及O3、UV、干旱等因子的影響。除了這些因子外，還有哪些影響因子？它們和BVOCs排放之間的關系和相互作用如何？這些問題值得詳細研究，以全面了解BVOCs排放過程、排放機理。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

本研究地點位于江西省泰和縣中國生態(tài)研究網絡千煙洲紅壤丘陵農業(yè)綜合開發(fā)實驗站（26°44′48″N，115°04′13″E，110.8 m）。BVOCs排放通量采用松弛渦度積累（REA）和梯度方法在通量塔上測量。塔四周主要分布濕地松（Pinus elliottii）、馬尾松（Pinus massoniana）等樹種，森林覆蓋率>90%，周邊無大型工廠。太陽輻射（包括總輻射、UV、PAR等）、氣象參數(shù)（溫濕度、水汽壓等）采用輻射測量系統(tǒng)、自動氣象站等測量。BVOCs排放通量、太陽輻射、氣象參數(shù)的測量時段為2013年5月—2016年12月。有關測量的詳細信息可參考文獻（Bai et al.，2017；白建輝等，2018）。BVOCs主要成分包括異戊二烯、單萜烯—α蒎烯、β蒎烯、莰烯、檸檬烯等。

1.2 方法

利用BVOCs排放經驗模式（3因子，全文同）（Bai et al.，2017；白建輝等，2018）、2013年5月—2016年12月實測的輻射和氣象數(shù)據(jù)，計算了亞熱帶森林每小時 BVOCs的排放通量?？紤]到BVOCs排放通量在較早和較晚時段的測量誤差和模式計算誤差均比較大，本文采用由經驗模型計算的09:00—16:00每小時的BVOCs排放通量。最后，得到 2013—2016年 BVOCs日均和月均的排放通量。太陽輻射和氣象參數(shù)日均值和月均值的取值時段和BVOCs相同，即09:00—16:00。

在S/Q 0.0—1.0的區(qū)間，將S/Q以0.05的間隔進行分區(qū)；同時，將對應各個 S/Q分區(qū)的 BVOCs排放通量以及其他參數(shù)均一并分區(qū)。然后，計算各個S/Q區(qū)間的BVOCs排放通量以及其他參量的平均值。需要說明的是，S/Q在0.0—0.10區(qū)間的數(shù)據(jù)量太少，采用一個分區(qū)；S/Q在0.15—0.20區(qū)間沒有數(shù)據(jù)；各個分區(qū)內，所有參數(shù)的樣本數(shù)均相同。

表1給出2013—2016年每個S/Q區(qū)間的樣本量，在 0.0—1.0的總樣本數(shù)為 9369。S/Q在 0.90—1.00的數(shù)量最大，占總樣本數(shù)的72.2%，即4年期間，大氣中物質含量大部分處在高值區(qū)，即較高的氣溶膠含量、云量較大。

表1 2013—2016年每個S/Q區(qū)間的樣本量（n）Table 1 Sample number (n) at each S/Q interval during 2013-2016

2 結果與分析

2.1 BVOCs排放通量和PAR的關系

首先，計算了2013—2016年對應于S/Q在0.0—1.0各個區(qū)間BVOCs排放通量和PAR的平均值，發(fā)現(xiàn)并確定了異戊二烯（ISO）、單萜烯（MTs）、BVOCs排放通量和PAR之間的關系：

異戊二烯、單萜烯、BVOCs（異戊二烯+單萜烯）排放通量與PAR之間存在很好的線性關系（圖1），并表現(xiàn)為隨PAR增加而同步增加，這與排放模式敏感性的實驗結果相似。經相關系數(shù)檢驗，異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量與PAR之間均在置信度水平α=0.001上顯著相關。對比它們對于PAR的響應，單萜烯大于異戊二烯、BVOCs大于單萜烯和異戊二烯（公式 (1)—(3)）。

圖1 S/Q取0.05間隔條件下對應的BVOCs排放量和PAR的關系Fig.1 The relationships between BVOC emission fluxes and PAR in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

2.2 BVOCs排放通量和溫度的關系

與前相同，計算了 2013—2016年對應于 S/Q在 0.0—1.0各個區(qū)間 BVOCs排放通量和氣溫（T，℃）的平均值，確定了異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量和氣溫之間的關系（圖2）：

圖2 S/Q取0.05間隔條件下，對應的BVOCs排放量和氣溫（℃）的關系Fig.2 The relationships between BVOC emission fluxes and air temperature (℃) in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量和氣溫之間表現(xiàn)為非線性關系：在氣溫小于 26 ℃時，它們隨著氣溫的增加而增加；當氣溫升高到 26 ℃時達到峰值（對應的相對濕度為62%）；然后，它們隨著氣溫的增加而下降。經相關系數(shù)檢驗，異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量與氣溫之間在α=0.05上存在相關。氣溫在26 ℃左右是異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放隨氣溫變化由升到降的轉折點。

2.3 BVOCs排放通量和大氣水汽含量的關系

同前類似，計算了 2013—2016年對應于 S/Q在0.0—1.0各個區(qū)間BVOCs排放通量和大氣中水汽含量（以地面水汽壓 E表征，hPa）的平均值，得到異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量和水汽含量之間的關系（圖3）：

圖3 S/Q取0.05間隔條件下，對應的BVOCs排放量和水汽含量（E）的關系Fig.3 The relationships between BVOC emission fluxes and water vaper (E) in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量和水汽含量之間也表現(xiàn)為非線性關系：在水汽含量小于 24 hPa時，它們隨水汽含量的增加而增加；當水汽含量為24 hPa時達到最大值；之后，它們隨水汽含量的增加而下降。水汽含量在24 hPa是異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放隨水汽含量升降變化的轉折點。

2.4 BVOCs排放通量和大氣物質含量的關系

很多研究表明，異戊二烯和單萜烯的氧化可以生成 SOA（例如 Claeys et al.，2004，Kanakidou et al.，2005）。散射因子 S/Q為水平面散射輻射與總輻射之比，它以輻射量（之比）來客觀表達大氣中氣、液、固相物質的相對含量（Bai，2012，2013），表征著實驗站一定區(qū)域大氣柱中的氣溶膠、水汽、云等綜合含量。亞熱帶地區(qū)大面積的松樹人工林為研究BVOCs排放和氣溶膠（或大氣中物質含量S/Q）之間的關系提供了一個有利的天然條件。

（1）首先，計算得到 BVOCs月排放量和 S/Q月均值之間的相關系數(shù)（R）為?0.665（樣本數(shù)n=44，α=0.001）。

（2）其次，計算BVOCs排放量和S/Q月均值相鄰年份同月的差值（即后一年同一月份減去前一年同一月份），△BVOCs，△(S/Q)，以盡可能地減少PAR、氣溫等對BVOCs排放的影響，以△(S/Q)大致表示氣溶膠的變化?！鰾VOCs和△(S/Q)的相關系數(shù)為?0.721（α=0.001，n=34，1—12 月數(shù)據(jù)），?0.746（α=0.002，n=15，5—9 月數(shù)據(jù)）。

（3）再次，將S/Q按照0.05的間隔分成由0—1.0的區(qū)間，對應此區(qū)間的BVOCs排放通量也一同分檔，計算了各個 S/Q區(qū)間的BVOCs排放通量和S/Q的平均值。結果表明（圖4），當S/Q≤0.55時，S/Q隨異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量的增加而增加（公式 (10)—(12)，α=0.001），表明在低大氣物質含量（晴好天氣、低濃度氣溶膠、少云等情形）之時，亞熱帶森林地區(qū)小顆粒氣溶膠或SOA隨異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放的增加而指數(shù)性增長：

圖4 S/Q取0.05間隔條件下，對應的S/Q和BVOCs排放通量的關系Fig.4 The relationships between S/Q and BVOC emission fluxes in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

當S/Q≥0.55之時，S/Q隨異戊二烯（公式 (13)，α=0.01）、單萜烯、BVOCs排放的增加而指數(shù)性下降（公式 (14)—(15)，α=0.001），其揭示的機制為：較高的大氣物質含量（高濃度氣溶膠、多云等情形）導致了 PAR衰減，進而導致異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放降低。它們之間的關系可以表示為：

異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量和S/Q之間的關系在較小的 S/Q 區(qū)間（0.00—0.55、0.55—1.00）均表現(xiàn)為線性關系（圖5）；在較大的S/Q區(qū)間（0.00—1.00）則表現(xiàn)為非線性關系（圖 6）。這一復雜關系可以統(tǒng)一表示為（α=0.001）：

圖5 在S/Q以0.05間隔條件下，對應的BVOCs排放通量和S/Q的關系Fig.5 The relationships between BVOC emission fluxes and S/Q in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

圖6 S/Q取0.05間隔條件下，對應的BVOCs排放通量和S/Q的關系Fig.6 The relationships between BVOC emission fluxes and S/Q in the conditions of S/Q at intervals of 0.05

可以發(fā)現(xiàn)，S/Q=0.50是BVOCs和S/Q相互關系（有正到負）的轉折點，即大氣中的物質總含量是控制這一關系轉化的關鍵。

實驗期間發(fā)現(xiàn)，在較低S/Q（小于0.5）之時，大多天氣晴朗、云量較少、能見度較大（約20 km）。例如，發(fā)展異戊二烯排放經驗模型使用的 18組數(shù)據(jù)，其S/Q在0.20—0.50，S/Q的平均值和中值均為0.35；對應的云量則在0.10—0.50區(qū)間，平均值和中值分別為0.26、0.30。上面綜合性的分析結果，較為清晰地揭示出BVOCs排放與大氣物質含量相互作用的機制：晴天和低 S/Q、即較低的氣溶膠含量條件下，隨著BVOCs排放的增加，導致通過化學和光化學過程產生的小顆粒氣溶膠的非線性增長以及同步的S/Q增加（公式 (10)—(12)），這一過程主要反映了小粒徑顆粒物的生成過程，其揭示的更可能是亞熱帶森林地區(qū)SOA的增加。

利用BVOCs排放模型計算的敏感性實驗表明，BVOCs排放隨S/Q的增加而增加，其反映的同樣是這樣一個機制：S/Q的生成隨BVOCs排放的增加而增加（S/Q≤0.55區(qū)間，排放模型建立使用的數(shù)據(jù)處于此S/Q區(qū)間）。

情形（2）比情形（1）的相關系數(shù)增大，表明在一定程度上消除了 PAR、氣溫等的影響后，BVOCs和S/Q的內在聯(lián)系有了加強，它反映了二者在實際大氣、S/Q>0.55（圖5b、圖6）條件下的化學和光化學機制—夏秋季（5—9月）S/Q的增加來源于BVOCs氧化的貢獻，因而是負相關關系。2013—2016年，S/Q的年平均值分別為0.80、0.84、0.90、0.91，S/Q在5—9月的平均值分別為0.76、0.81、0.86、0.91。

亞熱帶森林地區(qū)展現(xiàn)的在較低 S/Q（較清潔）的大氣環(huán)境條件下，S/Q隨BVOCs排放增加而增加的機制，對于中國很多地區(qū)小顆粒氣溶膠特別是SOA污染的形成和治理方面有很大的借鑒意義。華北地區(qū)小顆粒氣溶膠（如SOA）占氣溶膠的比重越來越重要，河北省香河縣SOA占到了氣溶膠的70%（Sun et al.，2016）；北京大氣氣溶膠以半揮發(fā)成分為主，占有機氣溶膠的63%（Xu et al.，2019）；包括北京在內的 4個大城市重污染期間 SOA占PM2.5的33%—77%（Huang et al.，2014）。因此，在華北地區(qū)有機氣溶膠的形成和治理中，必須考慮該區(qū)域及其臨近區(qū)域BVOCs排放及其化學和光化學轉化作用（Claeys et al.，2004；Bai et al.，2018）。進一步而言，減少人為因素（城市剪枝與剪草、生物質燃燒等）導致的BVOCs排放快速增加，都應考慮到治理措施之中（Bai et al.，2018）。

為了更加清晰理解異戊二烯和單萜烯氧化對于產生小顆粒氣溶膠（如SOA）的貢獻，研究一下較為清潔的大氣條件之下它們和S/Q的關系。選取S/Q（≤0.55）情形、二者排放通量均為 1.5 mg·m?2·h?1略做分析，此時，它們對應的 S/Q分別為 0.18、0.36（圖 4a）。如果取 BVOCs排放通量為 1.5 mg·m?2·h?1的2倍，其對應的S/Q約為0.22，在0.18—0.36之間，而不是 0.54（即 (0.18+0.36)，對應的異戊二烯和單萜烯S/Q之和），這意味著來源于異戊二烯和單萜烯氧化而產生SOA受限于大氣的氧化能力、以及二者之間的競爭?；蛘哒f，在實際大氣中，異戊二烯和單萜烯參與其它大氣成分（NOx、SO2、O3、OH等）的化學和光化學反應而部分消耗掉，沒有全部用于氣溶膠的產生。實驗室箱式實驗發(fā)現(xiàn)，異戊二烯生成SOA受到單萜烯的抑制（Kiendler-Scharr et al.，2009），這一實驗結果和利用BVOCs排放經驗模型的計算結果表現(xiàn)出很好的一致性。

計算2013—2016年相鄰年5—9月對應月的差值（后一年減去前一年），對應差值的比△(S/Q)/△MTs= ?12.4、△(S/Q)/△ISO= ?3.6（n=20），這說明對于小顆粒氣溶膠（或SOA）的產生而言，單萜烯的貢獻遠大于異戊二烯的貢獻。負值則展示出小粒徑氣溶膠的產生（S/Q增加）來源于消耗其重要前體物（異戊二烯和單萜烯）的貢獻。夏秋季節(jié) S/Q和排放通量差值的變化更加清晰地揭示出小顆粒氣溶膠的產生和BVOCs排放之間的化學機理。國外一些實驗室的研究也發(fā)現(xiàn)與此類似的結果（例如，Griffin et al.，1999；Kroll et al.，2005）。

國外實驗室和排放經驗模型展示出一致性的研究結果（異戊二烯和單萜烯生成 SOA的產量和競爭機制），從另一個側面表明 BVOCs經驗模型（Bai et al.，2017）不僅可以計算排放通量，還可以用于研究BVOCs排放和SOA產生的光化學機理。關系式10—18則客觀展示了BVOCs—SOA之間的相互作用，即雙向、復雜的非線性關系。

2.5 PAR和大氣物質含量的關系

2013—2016年對應于各個S/Q區(qū)間PAR和S/Q平均值之間的關系（α=0.001）（圖7）：

圖7 S/Q取0.05間隔條件下，對應的PAR和S/Q的關系Fig.7 The relationships between PAR and S/Q in the conditions of S/Q at the intervals of 0.05

在S/Q≤0.55時，S/Q隨PAR的增加而增加，表明小顆粒氣溶膠隨PAR（以及UV）能量供給增加而產生并且增多的過程；到S/Q=0.5之時，地面接受到的PAR達到峰值，氣溶膠增加以及含量也同步達到峰值；之后，S/Q（氣溶膠、云等）的增加導致地面PAR的下降。它很好地揭示了PAR能量和大氣中物質含量S/Q之間的相互作用。

3 討論

首要強調一點的是，本文的研究結果大多是將大氣物質含量S/Q分區(qū)基礎之上計算得到的，它們反映的是每個S/Q區(qū)段BVOCs排放與其相關的物理、化學、生物過程相互作用的平均態(tài)（或準平衡態(tài)），以及各個平均態(tài)之間的相互作用。

3.1 BVOCs排放受到控制因子的綜合作用

BVOCs排放一般受 PAR、氣溫等主要因子的控制（Guenther et al.，1993；Bai et al.，2017）。本文研究發(fā)現(xiàn)，異戊二烯、單萜烯、BVOCs的排放通量，（1）在 PAR 小于 1180 μmol·m?2·s?1，都隨PAR的增加而一直增加（圖1），沒有出現(xiàn)拐點。其原因可能是 PAR 的最大值（為 1180 μmol·m?2·s?1，對應于 S/Q 為 0.378）還沒有到光飽和點（Guenther et al.，1993）。（2）隨氣溫、水汽含量、S/Q等升高都表現(xiàn)出非線性的、先增后減的關系（圖2、3、6），對應著氣溫在26 ℃、相對濕度在62%、水汽含量在26 hPa、S/Q在0.50是它們相互作用的拐點。這表明異戊二烯、單萜烯、BVOCs的排放在較高或過高的氣溫、水汽含量、S/Q條件下受到抑制。顯然，BVOCs排放表現(xiàn)出與主要影響因子之間存在著非線性及線性關系，這些關系受制于各個因子的水平。

綜合而言，異戊二烯、單萜烯、BVOCs的排放受PAR、氣溫、水汽含量、S/Q等因子共同控制；大氣中的物質含量則更為關鍵，決定著它們之間正或負的相互作用以及由正到負的轉折。

3.2 BVOCs排放模式揭示出BVOCs排放的潛在機制

BVOCs排放模型（白建輝等，2018），考慮了與PAR傳輸有關的因素：異戊二烯或單萜烯排放、吸收性和散射性物質對PAR衰減等作用，根據(jù)PAR能量平衡發(fā)展而來。該排放模型考慮PAR與BVOCs排放等物理、化學、生物過程之間的雙向或多向關系及其相互作用，而不是單一方向關系或作用。因此，該模型更能反映BVOCs排放與PAR、大氣中物質含量（氣溶膠、云）等之間的多重相互作用。這種相互作用是以PAR能量關系為基礎的，正是這一能量決定著BVOCs的排放及其在大氣之中的化學和光化學轉化（包括正負作用及其轉變）、PAR的散射。未來，PAR平衡方法以及BVOCs排放模型應該有較好的應用潛力和值得開發(fā)的價值。

BVOCs排放模型考慮了PAR與異戊二烯或單萜烯排放量、吸收性和散射性物質含量之間的關系，即能量與物質之間的相互關系和相互作用。異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放出現(xiàn)拐點，即在較高的氣溫、水汽含量、S/Q之后，異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放下降，這些現(xiàn)象揭示出兩個方面：（1）異戊二烯和單萜烯排放；（2）大氣中所有吸收性物質（例如O3、NO2、SO2等）參與化學和光化學反應）的變化，所需能量都受到PAR能量限制，或者說，當PAR能量供給達不到大氣中物質系統(tǒng)變化所需之時，異戊二烯、單萜烯、BVOCs的排放被迫下降。支持這一機制的依據(jù)，（1）檢查實測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)對應于BVOCs排放出現(xiàn)拐點最為接近的氣溫在27.3 ℃、水汽含量在26.2 hPa、S/Q在0.53時，它們對應的最大的PAR分別為981.9、865.1、1113.9 μmol·m?2·s?1，當氣溫、水汽含量、S/Q 大于它們的最大值后，各個平均態(tài)的 PAR均下降，即實際大氣條件下，每個影響因子所在平均態(tài)都位于較低的PAR水平。（2）2015年夏季的8月，本應是BVOCs排放的高峰期，但經常測量到很低的異戊二烯和單萜烯排放通量或交換通量，這是因為PAR、氣溫、水汽含量都有較大的下降，與排放對應時段的PAR<1000 μmol·m?2·s?1、氣溫<30℃、水汽含量<35 hPa。異戊二烯排放通量在2015年一些時段以及年平均值為負值（?0.032 mg·m?2·h?1），同樣是由于PAR、氣溫以及水汽含量大幅度下降所致（Bai et al.，2017）。內蒙古草原（歸一化的）異戊二烯排放通量在氣溫為 30 ℃時達到峰值、隨 PAR在<1200 μmol·m?2·s?1的近線性增加，表現(xiàn)出與亞熱帶森林類似的規(guī)律（Bai et al.，2006）。（3）PAR和大氣物質含量的關系（2.5小結）。這一規(guī)律在其他森林是否具有普遍性值得深入研究。

鑒于所發(fā)現(xiàn)的BVOCs排放和PAR之間的相互關系，進一步分析了 BVOCs排放通量和 UV（W·m?2）、總輻射（Q，W·m?2）之間的關系（處理UV、Q的方法和PAR的相同）：ISO=0.0791×UV?0.1857（R2=0.747），MTs=0.1036×UV?0.7906（R2=0.907），BVOCs=0.2097×UV?0.9755（R2=0.896）；ISO=0.003×Q?0.0462（R2=0.775）；MTs=0.004×Q?0.5448（R2=0.927），BVOCs=0.065×Q?0.5903（R2=0.921）。對比發(fā)現(xiàn)，異戊二烯、單萜烯、BVOCs均以與PAR的R2為最大，其次是與總輻射，最小為與UV，它揭示了植物光合作用以及BVOCs排放對于PAR的強烈依賴，而且顯著高于其他波段。

大氣參數(shù)溫度、濕度（RH）、地面水汽壓與S/Q 之間的關系分別為：T= ?10.5972×(S/Q)2+4.8013×(S/Q)+28.12（ R2=0.437 ）， RH=110.23×(S/Q)2-102.60×(S/Q)+82.721（R2=0.894），E=18.009×(S/Q)2-23.845×(S/Q)+31.763（R2=0.242）。氣溫隨 S/Q的變化在S/Q=0.2處出現(xiàn)由上升到下降的轉折，表現(xiàn)出與其他參數(shù)之間相互作用的顯著差別（即不在0.5），這是由于氣溫受到凈輻射、大氣中吸收和散射性物質等的綜合影響（白建輝等，2013）。相對濕度和水汽壓均隨 S/Q表現(xiàn)出 U型變化，分別在S/Q=0.5、0.6處出現(xiàn)由下降到上升的轉折。

UV和 Q與 S/Q之間的關系分別為：UV=?58.37×(S/Q)2+54.245×(S/Q)+10.676（R2=0.898），Q= ?2033.7×(S/Q)2+1958.7×(S/Q)+226.91 （ R2=0.927）。各個波段能量與S/Q的R2以PAR的為最大，其次是總輻射，最小為 UV，它進一步揭示了各個波段太陽輻射和 SOA及其他氣液固物質的相互作用以PAR為最強（它可能源于共同貢獻：PAR控制植物光合作用、觸發(fā)大氣中的光化學反應、占總輻射的50%）。在S/Q為0.55的轉折點，UV和Q的值分別為19.6、604.5 W·m?2。因此，在亞熱帶森林地區(qū) BVOCs、SOA、太陽輻射相互作用中，PAR或可見光能量起著最為重要的作用。

有必要強調一下，大氣中有大量的成分吸收可見光輻射能量，其中很多成分并沒有受到我們關注，包括 NO3（Sander，1986）、NOCl（Roehl et al.，1992）、聯(lián)乙酰（Faust et al.，1997）、乙二醛（glyoxal，Horowitz et al.，2001）、OClO（Orphal et al.，2003）、butenedial（Tang et al.，2005）、BC（Martin et al.，2003；Clarke et al.，2004）、CH3CO（Rajakumar et al.，2007）、OH自由基、以及其他成分Bai（2013）。BVOCs中的異戊二烯、很多單萜烯以及其它成分在可見光波段沒有吸收，但它們可以和有吸收的成分、OH自由基等發(fā)生反應，進而利用可見光能量。這一類似機制也存在于UV波段（Bai，2017；Bai et al.，2018）。未來研究中，我們應該高度重視所有成分（包括大氣中的污染物和非污染物，氣、液、固相態(tài)）對于可見光、UV能量的直接吸收和間接利用。BVOCs排放及其光化學過程影響著大氣中氣液固相成分在每一相態(tài)中的變化和各個相態(tài)之間的轉化、SOA和云的形成、太陽輻射在大氣中的利用和分配、區(qū)域氣候和氣候變化等。面對中國目前綠地面積增長（Chen et al.，2019）以及未來持續(xù)增長的態(tài)勢，開展并加強 BVOCs排放、植被-大氣-輻射相互作用的研究，是了解和應對中國乃至全球環(huán)境變化中的一個重要課題。

將 S/Q進行分區(qū)處理，研究不同 S/Q區(qū)間BVOCs排放通量和各個參數(shù)之間的關系，即BVOCs排放涉及的輻射、化學、生物過程之間的相互作用，是一個新的嘗試，該方法值得進一步研究。

4 結論

綜合分析亞熱帶森林2013—2016年BVOCs排放通量、太陽輻射、氣象數(shù)據(jù)，將S/Q在0.0—1.0區(qū)間以0.05間隔分段處理大氣物質含量S/Q以及對應的BVOCs排放通量、太陽輻射、氣象參數(shù)等，研究并確定了異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量與其影響因子（PAR、氣溫、水汽含量、S/Q）之間復雜的相互作用和相互關系。異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放通量均隨 PAR的增加而增加（PAR<1180 μmol·m?2·s?1），對于 PAR 的響應而言，單萜烯大于異戊二烯、BVOCs大于單萜烯；它們的排放通量與氣溫、水汽含量、S/Q之間存在著非線性關系，在氣溫為26 ℃、水汽含量為26 hPa、S/Q為0.50時達到峰值。PAR、氣溫、水汽含量、S/Q是異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放的主要控制因子。大氣中物質含量（S/Q）控制著異戊二烯、單萜烯、BVOCs排放和其影響因子之間的正負相互作用及其轉折，S/Q在0.5左右是大部分參量相互作用的轉折點。S/Q不僅是表征大氣中物質含量的一個基本參數(shù)，它還控制著能量（PAR）和物質（BVOCs、吸收和散射性物質）之間的相互作用以及大氣基本參數(shù)（溫濕度、水汽壓等）的變化；在這些相互作用中起決定作用的是PAR能量，它控制或影響著植物光合作用、BVOCs排放、化學和光化學過程及大氣成分在不同相態(tài)間的轉化等。BVOCs排放模式確定了 BVOCs排放與其主要影響因子之間多向、復雜的相互關系，它們大部分表現(xiàn)為非線性關系；揭示了異戊二烯和單萜烯在產生SOA過程中的競爭機制。該模型較為全面地表達了自然環(huán)境條件下BVOCs的排放過程，并適于研究相關的物理化學機制。

致謝：感謝中國科學院千煙洲試驗站王輝民、楊風亭站長和李慶康、黃亮、王業(yè)共、劉國忠、鄒敬東、尹善元、張建中、黃遠芬、朱根蘭等同仁給予的多方面支持和幫助。美國加利福尼亞大學Guenther A博士、2B科技公司Turnipseed A、Tufts大學Tiffany D、國家大氣研究中心（NCAR）Greenberg J等在BVOCs研究中做了大量工作，中國科學院大氣物理研究所萬曉偉、吳翼美參與了部分工作，作者謹此深表謝意。