Significance We illustrate the similarity and difference in particulate matter (PM) formation between Beijing and other world regions. The periodic cycle of PM events in Beijing is regulated by meteorological conditions. While the particle chemical compositions in Beijing are similar to those commonly measured worldwide, efficient nucleation and growth over an extended period in Beijing are distinctive from the aerosol formation typically observed in other global areas. Gaseous emissions of volatile organic compounds and nitrogen oxides from urban transportation and sulfur dioxide from regional industry are responsible for large secondary PM formation, while primary emissions and regional transport of PM are insignificant. Reductions in emissions of the aerosol precursor gases from transportation and industry are essential to mediate severe haze pollution in China.

Significance Exceedingly high levels of fine particulate matter (PM) occur frequently in China, but the mechanism of severe haze formation remains unclear. From atmospheric measurements in two Chinese megacities and laboratory experiments, we show that the oxidation of SO 2 by NO 2 occurs efficiently in aqueous media under two polluted conditions: first, during the formation of the 1952 London Fog via in-cloud oxidation; and second, on fine PM with NH 3 neutralization during severe haze in China. We suggest that effective haze mitigation is achievable by intervening in the sulfate formation process with NH 3 and NO 2 emission control measures. Hence, our results explain the outstanding sulfur problem during the historic London Fog formation and elucidate the chemical mechanism of severe haze in China.

Significance Although black carbon (BC) represents a key short-lived climate forcer, its direct radiative forcing remains highly uncertain. The available results from available studies of absorption enhancement of BC particles during atmospheric aging are conflicting. Using a novel environmental chamber method, we have, for the first time to our knowledge, quantified the aging and variation in the optical properties of BC particles under ambient urban conditions representative of developed and developing countries. Our results indicate that BC under polluted urban environments could contribute significantly to both pollution development and large positive radiative forcing, implying that reduction of BC emissions under polluted environments achieves a cobenefit in simultaneously controlling air pollution and protecting climate, especially for developing countries.

The existence of gas‐phase ammonia (NH 3 ) in the atmosphere and its interaction with other trace chemical species could have a substantial impact on tropospheric chemistry and global climate change. China is a large agricultural country with an enormous animal population, tremendous nitrogen fertilizer consumption and, consequently, a large emission of NH 3 . Despite the importance of NH 3 in the global nitrogen (N) cycle, considerable inaccuracies and uncertainty exist regarding its emission in China. In this study, a comprehensive NH 3 emission inventory was compiled for China on a 1 km × 1 km grid, which is suitable for input to atmospheric models. We attempted to estimate NH 3 emissions accurately by taking into consideration as many native experiment results as possible and parameterizing the emission factors (EFs) by the ambient temperature, soil acidity and other factors. The total NH 3 emission in China was approximately 9.8 Tg in 2006. The emission sources considered included livestock excreta (5.3 Tg), fertilizer application (3.2 Tg), agricultural soil (0.2 Tg), nitrogen‐fixing plants (0.05 Tg), crop residue compost (0.3 Tg), biomass burning (0.1 Tg), urine from rural populations (0.2 Tg), chemical industry (0.2 Tg), waste disposal (0.1 Tg) and traffic (0.1 Tg). The regions with the highest emission rates are located in Central and Southwest China. Seasonally, the peak ammonia emissions occur in spring and summer.

Significance China suffers from severe outdoor air pollution and associated public health impacts. In response, the government has imposed restrictions on major pollution sources such as vehicles and power plants. We show that due to uncontrolled and inefficient combustion of solid fuels in household devices, emission reductions from the residential sector may have greater air quality benefits in the North China Plain, including Beijing than reductions from other sectors. These benefits would be largest in the winter heating season when severe air pollution occurs. Household emissions, mostly from space heating and cooking with solid fuels, are an important and generally unrecognized source of ambient air pollution in China and other developing countries. Alternative fuels and other ways of reducing emissions would have large benefits.

This study was part of the international field measurement Campaigns of Air Quality Research in Beijing and Surrounding Region 2006 (CAREBeijing‐2006). We investigated a new particle formation event in a highly polluted air mass at a regional site south of the megacity Beijing and its impact on the abundance and properties of cloud condensation nuclei (CCN). During the 1‐month observation, particle nucleation followed by significant particle growth on a regional scale was observed frequently (∼30%), and we chose 23 August 2006 as a representative case study. Secondary aerosol mass was produced continuously, with sulfate, ammonium, and organics as major components. The aerosol mass growth rate was on average 19 μ g m −3 h −1 during the late hours of the day. This growth rate was observed several times during the 1‐month intensive measurements. The nucleation mode grew very quickly into the size range of CCN, and the CCN size distribution was dominated by the growing nucleation mode (up to 80% of the total CCN number concentration) and not as usual by the accumulation mode. At water vapor supersaturations of 0.07–0.86%, the CCN number concentrations reached maximum values of 4000–19,000 cm −3 only 6–14 h after the nucleation event. During particle formation and growth, the effective hygroscopicity parameter κ increased from about 0.1–0.3 to 0.35–0.5 for particles with diameters of 40–90 nm, but it remained nearly constant at ∼0.45 for particles with diameters of ∼190 nm. This result is consistent with aerosol chemical composition data, showing a pronounced increase of sulfate.

Abstract. The main objective of this study is to investigate the formation and evolution mechanism of the regional haze in megacity Beijing by analyzing the process of a severe haze that occurred 20–27 September 2011. Mass concentration and size distribution of aerosol particles as well as aerosol optical properties were concurrently measured at the Beijing urban atmospheric environment monitoring station. Gaseous pollutants (SO2, NO-NO2-NOx, O3, CO) and meteorological parameters (wind speed, wind direction, and relative humidity) were simultaneously monitored. Meanwhile, aerosol spatial distribution and the height of planetary boundary layer (PBL) were retrieved from the signal of satellite and LIDAR (light detection and ranging). Concentrations of NO, NO2, SO2, O3, and CO observed during 23–27 September had exceeded the national ambient air quality standards for residents. The mass concentration of PM2.5 gradually accumulated during the measurement and reached at 220 μg m−3 on 26 September, and the corresponding atmospheric visibility was only 1.1 km. The daily averaged AOD in Beijing increased from ~ 0.16 at λ = 500 nm on 22 September and reached ~ 3.5 on 26 September. The key factors that affected the formation and evolution of this haze episode were stable anti-cyclone synoptic conditions at the surface, decreasing of the height of PBL, heavy pollution emissions from urban area, number and size evolution of aerosols, and hygroscopic growth for aerosol scattering. This case study may provide valuable information for the public to recognize the formation mechanism of the regional haze event over the megacity, which is also useful for the government to adopt scientific approach to forecast and eliminate the occurrence of regional haze in China.

Abstract. In this paper we describe and summarize the main achievements of the European Aerosol Cloud Climate and Air Quality Interactions project (EUCAARI). EUCAARI started on 1 January 2007 and ended on 31 December 2010 leaving a rich legacy including: (a) a comprehensive database with a year of observations of the physical, chemical and optical properties of aerosol particles over Europe, (b) comprehensive aerosol measurements in four developing countries, (c) a database of airborne measurements of aerosols and clouds over Europe during May 2008, (d) comprehensive modeling tools to study aerosol processes fron nano to global scale and their effects on climate and air quality. In addition a new Pan-European aerosol emissions inventory was developed and evaluated, a new cluster spectrometer was built and tested in the field and several new aerosol parameterizations and computations modules for chemical transport and global climate models were developed and evaluated. These achievements and related studies have substantially improved our understanding and reduced the uncertainties of aerosol radiative forcing and air quality-climate interactions. The EUCAARI results can be utilized in European and global environmental policy to assess the aerosol impacts and the corresponding abatement strategies.

Context

Air pollution is a risk factor for cardiovascular diseases (CVD), but the underlying biological mechanisms are not well understood.

Objective

To determine whether markers related to CVD pathophysiological pathways (biomarkers for systemic inflammation and thrombosis, heart rate, and blood pressure) are sensitive to changes in air pollution.

Design, Setting, and Participants

Using a quasi-experimental opportunity offered by greatly restricted air pollution emissions during the Beijing Olympics, we measured pollutants daily and the outcomes listed below in 125 healthy young adults before, during, and after the 2008 Olympics (June 2-October 30). We used linear mixed-effects models to estimate the improvement in outcome levels during the Olympics and the anticipated reversal of outcome levels after pollution controls ended to determine whether changes in outcome levels were associated with changes in pollutant concentrations.

Main Outcome Measures

C-reactive protein (CRP), fibrinogen, von Willebrand factor, soluble CD40 ligand (sCD40L), soluble P-selectin (sCD62P) concentrations; white blood cell count (WBC); heart rate; and blood pressure.

Results

Concentrations of particulate and gaseous pollutants decreased substantially (−13% to −60%) from the pre-Olympic period to the during-Olympic period. Using 2-sided tests conducted at the .003 level, we observed statistically significant improvements in sCD62P levels by −34.0% (95% CI, −38.4% to −29.2%; P < .001) from a pre-Olympic mean of 6.29 ng/mL to a during-Olympic mean of 4.16 ng/mL and von Willebrand factor by −13.1% (95% CI, −18.6% to −7.5%; P < .001) from 106.4% to 92.6%. After adjustments for multiple comparisons, changes in the other outcomes were not statistically significant. In the post-Olympic period when pollutant concentrations increased, most outcomes approximated pre-Olympic levels, but only sCD62P and systolic blood pressure were significantly worsened from the during-Olympic period. The fraction of above-detection-limit values for CRP (percentage ≥ 0.3 mg/L) was reduced from 55% in the pre-Olympic period to 46% in the during-Olympic period and reduced further to 36% in the post-Olympic period. Interquartile range increases in pollutant concentrations were consistently associated with statistically significant increases in fibrinogen, von Willebrand factor, heart rate, sCD62P, and sCD40L concentrations.

Conclusions

Changes in air pollution levels during the Beijing Olympics were associated with acute changes in biomarkers of inflammation and thrombosis and measures of cardiovascular physiology in healthy young persons. These findings are of uncertain clinical significance.