黃河三角洲地區(qū)大氣顆粒物理化特性研究.pdf

1、大氣顆粒物是我國目前最主要的空氣污染物之一，對人類健康、能見度、氣候和空氣質(zhì)量等都有重要的影響，而顆粒物的理化性質(zhì)是這些相關(guān)研究的重要理論基礎(chǔ)。目前對我國大氣顆粒物污染最嚴(yán)重地區(qū)之一-環(huán)渤海地區(qū)的區(qū)域背景點的相關(guān)研究還相對缺乏。本研究選取了環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域背景點之一-黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)開展了大氣顆粒物理化特性的相關(guān)研究，并重點分析了霧霾天氣下顆粒物的污染特征及氣團(tuán)傳輸對當(dāng)?shù)仡w粒物污染的影響。
　　本研究采用在線觀測與離線分析相結(jié)合

2、的方法于2011年4月至2012年1月對環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域背景點-黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)的大氣顆粒物理化性質(zhì)進(jìn)行了為期四個月的綜合觀測，主要研究了不同季節(jié)和不同天氣下PM2.5中水溶性離子污染特征、顆粒物數(shù)濃度及粒徑分布特征、單顆粒類型及混合狀態(tài)。并利用后推氣流軌跡法和主成分分析法對黃河三角洲地區(qū)顆粒物污染的來源進(jìn)行了分析，得到如下有意義的結(jié)果:
　　黃河三角洲地區(qū)觀測期間年均總水溶性離子濃度為49.72μg/m3，其中SO42-、NO

3、3-和NH4+是黃河三角洲地區(qū)PM2.5中最主要的水溶性成分，年均濃度分別為22.48μg/m3、12.77μg/m3、11.21μg/m3，三者濃度總和占總水溶性離子的93.6％，且三種離子質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于美國、日本和韓國的城市及郊區(qū)站點，與國內(nèi)一些大城市相當(dāng)，說明黃河三角洲地區(qū)面臨嚴(yán)重的二次無機(jī)氣溶膠污染。夏季硫酸鹽的轉(zhuǎn)化率(SOR)遠(yuǎn)高于其它三個季節(jié)，導(dǎo)致夏季SO42-濃度最高。太陽輻射、O3濃度以及邊界高度的變化是影響SO42-日

4、變化的主要因素，而太陽輻射、溫度以及邊界層高度的變化是影響NO3-日變化的主要因素。黃河三角洲地區(qū)冬季酸性顆粒物的比重最高，約有62.4％的顆粒物是酸性顆粒物，其中32.1％的顆粒物為強(qiáng)酸性顆粒物。后推氣流軌跡分析發(fā)現(xiàn)來自山東省內(nèi)及京津冀的短距離輸送氣團(tuán)對黃河三角洲地區(qū)的離子貢獻(xiàn)率最高。利用主因子分析對黃河三角洲地區(qū)PM2.5的來源進(jìn)行解析，結(jié)果顯示燃料燃燒、二次生成及揚(yáng)塵和土壤是影響當(dāng)?shù)豍M2.5水溶性離子的主要因素。
　　黃河

5、三角洲地區(qū)觀測期間5-10000 nm粒徑范圍內(nèi)總顆粒物平均數(shù)濃度為12838＃/cm3，春季數(shù)濃度最高，冬季最低。氣溶膠中愛根模態(tài)顆粒物數(shù)濃度最高，全年平均占總顆粒物數(shù)濃度的60.7％，其次為積聚模態(tài)(25.2％)和凝結(jié)核模態(tài)(14.1％)。凝結(jié)核模態(tài)顆粒物在春季和夏季數(shù)濃度最高，愛根模態(tài)顆粒物則是在春季和秋季數(shù)濃度最高，積聚模態(tài)顆粒物秋季數(shù)濃度最高。在觀測期間，共有26天發(fā)生了新顆粒物生成事件（New particle format

6、in，NPF），約占總觀測時間的22％。顆粒物的平均成核速率為6.6＃/(cm3·s)，顆粒物的平均增長速率為5.3nm/h，NPF事件對凝結(jié)核模態(tài)和愛根模態(tài)顆粒物數(shù)濃度日變化有明顯影響。風(fēng)速越高，愛根模態(tài)和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度越低，且顆粒物粒徑分布的峰值偏向小粒徑，偏南風(fēng)時顆粒物的數(shù)濃度要高于偏北風(fēng)時。南部及東部短距離傳輸?shù)臍鈭F(tuán)具有更高數(shù)濃度的顆粒物，平均為14903＃/cm3，而北部長距離傳輸?shù)臍鈭F(tuán)的顆粒物數(shù)濃度較低，平均為1146

7、2＃/cm3。北部長距離傳輸?shù)臍鈭F(tuán)的顆粒物粒徑分布均為單峰分布，峰值均在愛根模態(tài)，而南部和東部短距離傳輸?shù)臍鈭F(tuán)粒徑分布曲線在更大粒徑位置（100 nm附近）出現(xiàn)峰值。
　　通過透射電鏡及能譜分析相結(jié)合的方法研究了不同天氣條件下單個氣溶膠顆粒，根據(jù)它們的形貌和成分可以分為以下9大類:礦物顆粒、富鉀顆粒、富鈉/鎂顆粒、金屬/飛灰顆粒、鈣鹽顆粒、富硫顆粒、煙塵顆粒、有機(jī)顆粒和海鹽顆粒。霧霾天氣顆粒物老化程度明顯，通過長距離輸送的霧霾顆粒

8、會通過有機(jī)和無機(jī)的氣態(tài)凝結(jié)（包括在顆粒物表面的非均相反應(yīng)）和物理凝聚而發(fā)生老化現(xiàn)象。霧霾天顆粒物的混合程度強(qiáng)烈，且多從外部混合轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部混合。在霧霾天可溶性的硫酸鹽和富鉀顆粒趨向于與難熔的新鮮排放的顆粒物包括煙塵顆粒、金屬/飛灰顆粒、有機(jī)顆粒和礦物顆粒等發(fā)生融合。在沙塵暴發(fā)生前、發(fā)生中和發(fā)生后不同時期的顆粒物類型、含量及成分的不同，這表明不同類型顆粒物的混合以及沙塵礦物顆粒與酸性氣體的非均相反應(yīng)取決于氣象因素和混合的過程。富硫顆粒是本研

9、究含量最豐富的顆粒，約占顆粒物總數(shù)的86.8％，500 nm以上粒徑段的富硫顆粒數(shù)量在霧霾天明顯增加。霧天中大部分顆粒是以霧滴形式存在，霧滴有利于硫酸銨顆粒的增大，同時顆粒物之間強(qiáng)烈的混合作用增加了霧霾天富硫顆粒的粒徑。
　　本論文研究結(jié)果顯示黃河三角洲背景地區(qū)存在較嚴(yán)重的大氣顆粒物污染，這更反應(yīng)了當(dāng)前我國空氣污染的區(qū)域性和復(fù)雜性，氣團(tuán)傳輸已成為影響城市間、區(qū)域間空氣質(zhì)量的重要因素之一，未來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對背景地區(qū)顆粒物理化性質(zhì)的研