東北中部氣溶膠單顆粒的物理化學特性及冬季灰霾形成研究.pdf

1、近年來，中國東北地區(qū)的經濟發(fā)展速度遠落后于華北平原、珠江三角洲、長江三角洲這些經濟發(fā)達地區(qū)，然而這些地區(qū)都面臨著同樣的空氣污染問題。在東北的冬季供暖期（從十月中旬到次年三月下旬，長達5個半月），這里的空氣污染問題基至遠超全國其它地區(qū)。如果計算東北地區(qū)的年均PM2.5濃度（非供暖期的PM2.5濃度較低，平均約為30μg/m3），我們會發(fā)現其并不高于其他經濟發(fā)達地區(qū)，但東北地區(qū)在供暖期頻繁地出現灰霾重污染事件，且供暖期的平均大氣PM2.5質

2、量濃度是其它地區(qū)或東北非供暖期的5-6倍。盡管如此，東北地區(qū)的空氣污染仍沒有得到科研人員及政府的重視，導致該地區(qū)冬季灰霾污染一直沒有得到解決。本研究于2015年1月28至2月7日在東北中部地區(qū)的農村以及城市區(qū)域采集了大氣PM2.5樣品和單顆粒樣品，其中2月1至4日出現了一次典型的區(qū)域性重度霾污染事件。本研究具體設置的采樣點為通榆觀測站（農村站點，T1）、通榆縣城（縣鎮(zhèn)站點，T2）及吉林市（城市站點，T3），其中通榆觀測站和通榆縣城位于東

3、北中部地區(qū)的農村區(qū)域;吉林市位于東北中部地區(qū)的城市區(qū)域。本研究利用OC-EC分析儀和離子色譜分析儀分析了大氣PM2.5中的OC/EC及水溶性無機離子濃度;利用透射電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)分析了氣溶膠單顆粒的類型、形貌特征、混合狀態(tài)及粒徑分布等。
　　我們的研究結果顯示出有機物(OM)和二次無機離子(NH4+、SO42-和NO3-)是城市PM2.5的重要組成成分。在灰霾天，吉林市PM2.5中的OM、NH4+、SO

4、42-和NO3-的濃度分別為89.5μg/m3、24.2μg/m3、28.1μg/m3和32.8μg/m3，是非灰霾天的3.1、2.3、2.7和1.4倍。
　　東北城市區(qū)域的氣溶膠顆粒物主要分為五大類:富有機顆粒物(主要成分為一次有機氣溶膠(POA))、有機-富硫顆粒物、有機-煙塵顆粒物、富硫-飛灰顆粒物和富硫-金屬顆粒物;東北農村區(qū)域的氣溶膠也主要分為五大類:富有機顆粒物、富硫顆粒物、有機-富硫顆粒物、富鉀-有機顆粒物和有機-煙

5、塵顆粒物。城市站點非灰霾期與灰霾期相比，有機-富硫、富硫-飛灰及富硫-金屬顆粒物的百分含量分別從39％、1％和1％增加到46％、4％和2％。在縣鎮(zhèn)站點，有機-煙塵顆粒物的百分含量是農村站點的3倍;含富硫顆粒物的百分含量是農村站點的0.67倍;富鉀-有機顆粒物的百分含量(7％)接近于農村站點(6％)。氣溶膠粒徑分布特征顯示出城市站點的顆粒物粒徑分布峰值從非灰霾天的249nm增加到灰霾天的386nm，這是由于大量的二次氣溶膠(例如:富硫顆粒

6、物和二次有機氣溶膠(SOA))在灰霾天形成并覆蓋或附著在已經存在的顆粒物表面上，從而造成顆粒物粒徑的增加。
　　在東北地區(qū)的冬季，超過80％的氣溶膠顆粒物包含POA（穹頂狀、不規(guī)則狀和球狀有機顆粒物）。本研究得出東北冬季的氣溶膠顆粒物主要來源于農村燃煤、生物質燃燒及城市小型鍋爐的直接排放，且約有70％的氣溶膠顆粒物來源于低效的燃煤排放。本研究建立了東北地區(qū)冬季氣溶膠區(qū)域傳輸的模型:農村區(qū)域排放的氣溶膠顆粒物會在冬季季風的作用下，傳

7、輸至城市區(qū)域，進一步加重城市區(qū)域的空氣污染。本研究還構造了東北冬季區(qū)域灰霾形成過程的模型:(1)穩(wěn)定的天氣條件驅動了灰霾的形成;(2)住戶取暖和做飯排放出了大量的POA，它們的富集主要造成了灰霾早期階段的形成（輕度或中度霾）;(3)通過非均相化學反應產生的大量SOA、硫酸鹽和硝酸鹽以及POA的累積一起促進了輕度或中度霾向重度霾的轉化。我們發(fā)現相比于華北平原的冬季灰霾，東北地區(qū)的有機氣溶膠對冬季灰霾形成的貢獻較大。另外，與華北平原重度霾期