Aerosol samples of PM2.5 and PM10 in a period of intensive haze−fog (HF) events were collected to investigate the chemical characteristics of air pollution in Beijing. The air quality in HF episodes was much worse than that in nonhaze−fog (NHF) days. The concentrations of elements and water-soluble (WS) ions (K+, SO42-, and NO3-) in HF episodes were more than 10 times higher than those in NHF days. Most of the chemical species in PM2.5 and the secondary species (NH4+, SO42-, and NO3-) in PM10 showed significant difference between HF from westerly direction (HFW) and southerly direction (HFS). The concentrations of secondary species in HFS were much higher than those in HFW, and other chemical species in HFS were lower than those in HFW. The sources of PM2.5 were more from areas on the regional scale due to its tendency for long-range transport, while PM10 was more limited to the local sources. Aerosol particles were more acidic in HFS and more alkaline in HFW. The secondary species were the major chemical components of the aerosol in HF episodes, and their concentrations increased in the order of NHF < HFW < HFS. High concentrations of the secondary aerosol in HF episodes were likely due to the higher sulfur and nitrogen oxidation rate in aqueous-phase reactions. The serious air pollution in HF episodes was strongly correlated with the meteorological conditions and the emissions of pollutants from anthropogenic sources.

Daily PM2.5 aerosol samples were collected at five sites in Beijing for a 3-year period from 2001 to 2003. Concentrations of the water-soluble ions (SO42−, NO3−, Cl−, F−, PO43−, NO2−, CH3COO−, HCOO−, MSA, C2O42−, NH4+, Ca2+, K+, Mg2+, Na+) and 23 elements were measured for a total of 334 samples. A relatively even spatial distribution throughout Beijing and a significant seasonal variation were observed. SO42−, NO3−, Cl−, NH4+, Ca2+, and K+ were the major ions and existed mainly in the form of (NH4)2SO4, NH4NO3, NaCl, KCl, and CaCl2 in aerosol particles. Most ions showed high concentrations in winter and low in summer. Secondary ions, mainly SO42−, NO3−, exhibited high concentrations in both summer and winter due to the secondary transformation accelerated under high humidity and strong solar radiation in summer and the higher concentration of SO2 from coal burning and the lower removal rate in winter. The formations of SO42− and NO3− were determined largely by temperature and NH4+, respectively. Temperature, relative humidity, rainwater frequency, and air mass origin might be the main factors regulating the aerosol distribution. Crustal ions exhibited sporadic but high peaks in spring due to the intrusion of dust from west and northwest of China. The Ca2+/Al ratio was used to indicate the mixing of different dust sources. Factor analysis showed that the secondary formation of coal/biomass burning products, crust, industrial and traffic emissions were the major sources of the fine aerosols in Beijing. Traffic source became more significant with motorization in recent years.

Daily total suspended particulate (TSP), particle size smaller than 100 μm and particle size smaller than 2.5 μm (PM2.5) aerosol samples were collected at two sites in Shanghai in four seasons from September 2003 to January 2005. Concentrations of the water-soluble ions (SO42−, NO3−, Cl−, F−, PO43−, HCOO−, CH3COO−, NO2−, MSA, C2O42−, NH4+, Ca2+, Na+, K+, Mg2+) were measured for a total of 202 samples. Daily TSP and PM2.5 mass concentrations ranged from 66.1 to 666.8 μg m−3 and 17.8 to 217.9 μg m−3, with annual average concentrations of 230.5 and 94.6 μg m−3, respectively. The sum of ions contributed an average of 26% and 32% of TSP and PM2.5 mass concentrations, respectively. In PM2.5, the concentration of the major ions followed the order of SO42−>NO3−>NH4+>Cl−>Ca2+>K+, while in TSP was SO42−>NO3−>Cl−>Ca2+>NH4+>Na+. These major ions were mainly in the form of (NH4)2SO4, Ca(NO3)2, CaCl2, and CaSO4 in aerosol particles. The aerosol was slightly acidic in the fine particle size range, and alkaline in the coarse mode. Seasonal variation of ion concentrations was significant, with the highest concentrations observed in winter and spring and the lowest in summer and autumn. Three types of air masses, i.e. marine, mixing, and continental, were frequently observed, and their distribution in four seasons might result in the clear seasonal variation. It is Shanghai that has the highest NO3−/SO42− value among all of those cities in China, indicating that as the biggest city in China the mobile source of the air pollution becomes more and more predominant. However, stationary emissions were still the dominant source in Shanghai indicated by the NO3−/SO42− ratio of lower than 1. The formation of NO3− was largely from the gas-phase photochemical reaction in the cold season, and from the heterogeneous reaction in the warm season, while the formation of SO42− might be from the heterogeneous reaction in the entire year round. NH4+, K+, Cl−, NO3−, and SO42− were mainly influenced by the anthropogenic emissions in land, meanwhile Cl− and SO42− might be partly influenced by the sea. Na+, Mg2+, and Ca2+ were derived from both inland crustal and marine sources. Chloride depletion was found especially in summer. The air pollution in Shanghai has proved to be under the influence of both the local emissions and the long-range transport from outside areas.

Abstract. A Nationwide Nitrogen Deposition Monitoring Network (NNDMN) containing 43 monitoring sites was established in China to measure gaseous NH3, NO2, and HNO3 and particulate NH4+ and NO3− in air and/or precipitation from 2010 to 2014. Wet/bulk deposition fluxes of Nr species were collected by precipitation gauge method and measured by continuous-flow analyzer; dry deposition fluxes were estimated using airborne concentration measurements and inferential models. Our observations reveal large spatial variations of atmospheric Nr concentrations and dry and wet/bulk Nr deposition. On a national basis, the annual average concentrations (1.3–47.0 μg N m−3) and dry plus wet/bulk deposition fluxes (2.9–83.3 kg N ha−1 yr−1) of inorganic Nr species are ranked by land use as urban > rural > background sites and by regions as north China > southeast China > southwest China > northeast China > northwest China > Tibetan Plateau, reflecting the impact of anthropogenic Nr emission. Average dry and wet/bulk N deposition fluxes were 20.6 ± 11.2 (mean ± standard deviation) and 19.3 ± 9.2 kg N ha−1 yr−1 across China, with reduced N deposition dominating both dry and wet/bulk deposition. Our results suggest atmospheric dry N deposition is equally important to wet/bulk N deposition at the national scale. Therefore, both deposition forms should be included when considering the impacts of N deposition on environment and ecosystem health.

China has experienced a dramatic change in atmospheric reactive nitrogen (Nr) emissions over the past four decades. However, it remains unclear how nitrogen (N) deposition has responded to increases and/or decreases in Nr emissions. This study quantitatively assesses temporal and spatial variations in measurements of bulk and calculated dry N deposition in China from 1980 to 2018. A long-term database (1980–2018) shows that bulk N deposition peaked in around 2000, and had declined by 45% by 2016–2018. Recent bulk and dry N deposition (based on monitoring from 2011 to 2018) decreased from 2011 to 2018, with current average values of 19.4 ± 0.8 and 20.6 ± 0.4 kg N ha−1 yr−1, respectively. Oxidized N deposition, especially dry deposition, decreased after 2010 due to NOx emission controls. In contrast, reduced N deposition was approximately constant, with reductions in bulk NH4+-N deposition offset by a continuous increase in dry NH3 deposition. Elevated NH3 concentrations were found at nationwide monitoring sites even at urban sites, suggesting a strong influence of both agricultural and non-agricultural sources. Current emission controls are reducing Nr emissions and deposition but further mitigation measures are needed, especially of NH3, built on broader regional emission control strategies.

Abstract The effectiveness of national policies for air pollution control has been demonstrated, but the relative effectiveness of short-term emission reduction measures in comparison with national policies has not. Here we show that short-term abatement measures during important international events substantially reduced PM 2.5 concentrations, but air quality rebounded to pre-event levels after the measures ceased. Long-term adherence to strict emission reduction policies led to successful decreases of 54% in PM 2.5 concentrations in Beijing, and 23% in atmospheric nitrogen deposition in China from 2012 to 2020. Incentivized by “blue skies” type campaigns, economic development and reactive nitrogen pollution are quickly decoupled, showing that a combination of inspiring but aggressive short-term measures and effective but durable long-term policies delivers sustainable air quality improvement. However, increased ammonia concentrations, transboundary pollutant flows, and the complexity to achieving reduction targets under climate change scenarios, underscore the need for the synergistic control of multiple pollutants and inter-regional action.