中國(guó)城市典型大氣污染物的來(lái)源、形成機(jī)制及其對(duì)大氣質(zhì)量和近海生產(chǎn)力的影響.pdf

1、隨著工業(yè)化、機(jī)動(dòng)化步伐的加快,上海、北京等中國(guó)東部發(fā)達(dá)地區(qū)城市的空氣質(zhì)量受到來(lái)自本地排放和區(qū)域輸送的雙重影響,工業(yè)活動(dòng)中煤等化石燃料的燃燒以及城市機(jī)動(dòng)車保有量的急劇增加,致使大氣污染物含量增加以至大氣能見(jiàn)度顯著降低是亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。大氣顆粒物中的非水溶性有機(jī)成分,如多環(huán)芳烴、脂肪酸等;水溶性有機(jī)成分,如二元羧酸中的草酸;硝酸鹽、銨鹽等含氮營(yíng)養(yǎng)鹽及相關(guān)物質(zhì)以及典型的大氣污染氣體二氧化氮及二氧化硫是大氣中的典型人為污染物。本論文著重于研

2、究這幾類大氣污染物的理化特性、時(shí)空分布、來(lái)源、形成機(jī)制及對(duì)城市空氣質(zhì)量和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可能影響,以期為中國(guó)典型城市及地區(qū)大氣環(huán)境管理和東部海岸帶近海環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。本研究的主要內(nèi)容及取得的重要成果有:
　　1.采集了2004至2005年間春、夏、冬三個(gè)季節(jié)北京城區(qū)(BNU)、北京郊區(qū)(MY)以及上海城區(qū)(SH)的大氣細(xì)顆粒物樣品,檢測(cè)和定量分析了其中的10種多環(huán)芳烴、7種脂肪酸以及左旋葡聚糖和膽固醇?？侾AHs在三個(gè)采樣點(diǎn)的

3、質(zhì)量濃度季節(jié)變化趨勢(shì)一致,最高值出現(xiàn)在冬季,最低值出現(xiàn)在夏季。而三個(gè)采樣點(diǎn)觀測(cè)到的脂肪酸和左旋葡聚糖濃度均未表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性。各PAH在總PAHs中的質(zhì)量分布模式、各脂肪酸在總脂肪酸中的質(zhì)量分布模式反映了不同地域和季節(jié)排放源的變化情況。通過(guò)比較PAH(4)/PAH(5,6)比值和因子分析,揭示了煤燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣排放是中國(guó)大城市大氣污染的兩個(gè)主要原因,上海城區(qū)和北京城區(qū)兩種來(lái)源產(chǎn)生的PAHs對(duì)大氣PM2.5中PAHs總量的相對(duì)貢獻(xiàn)比值

4、分別為1:1和1:2。同時(shí),基于上海和北京城區(qū)大氣顆粒物中相似的C18:1/C18比值以及城區(qū)大氣PM2.5中左旋葡聚糖的濃度高于郊區(qū)的監(jiān)測(cè)結(jié)果,揭示了烹飪活動(dòng)是北京和上海大氣中有機(jī)物組分的一個(gè)穩(wěn)定來(lái)源。
　　2.分析了2007年四個(gè)季節(jié)于上海城區(qū)采集的大氣PM2.5和TSP共238個(gè)樣品,著重探究了顆粒物中草酸組分的濃度、來(lái)源及形成機(jī)制。C2O42-。的質(zhì)量濃度在PM2.5中為0.07-0.41μg/m3,TSP中為0.10-0

5、.48μg/m3。C2O42-濃度呈現(xiàn)秋季＞夏季＞冬季＞春季的季節(jié)變化趨勢(shì)并且主要分布在PM2.5甚至更細(xì)的大氣顆粒物中。以NO2-作為來(lái)源指示物,通過(guò)相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)車尾氣排放雖然作為一次源對(duì)上海大氣顆粒物中草酸含量的貢獻(xiàn)很小,但卻是城市中草酸前體物VOCs的一個(gè)主要來(lái)源。以K＋作為生物質(zhì)燃燒源的指示物,發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)燃燒是上海大氣顆粒物中草酸除城市工業(yè)及交通排放外的另一重要二次源。基于C2O42-與nss-SO42-和NO3-二者都

6、具有很高的相關(guān)度,且相對(duì)濕度和大氣云量的同時(shí)升高有利于草酸含量的增加,揭示了上海大氣顆粒物中草酸的二次形成主要經(jīng)由“云中過(guò)程”,而由于相同氧化自由基的參與,其二次形成與NO3-的形成存在“并行”。發(fā)現(xiàn)了草酸作為大氣顆粒物中水溶性有機(jī)物(WSOC)的代表物,其濃度與大氣能見(jiàn)度存在著顯著的負(fù)相關(guān),從而揭示了水溶性有機(jī)物WSOC乃至OC對(duì)形成城市灰霾的重大影響。
　　3.深入探討了交通排放源(移動(dòng)源)對(duì)上海城區(qū)大氣質(zhì)量的影響。城市機(jī)動(dòng)車

7、保有量增加7.0％,大氣TSP中NO3。的平均濃度同比增長(zhǎng)56.8％。以水溶性污染物中NO3-/SO42-。比值反映移動(dòng)源(如機(jī)動(dòng)車尾氣)和固定源(如燃煤)對(duì)城市大氣污染的相對(duì)貢獻(xiàn)率,基于監(jiān)測(cè)結(jié)果(2007年上海有～70％和～15％的大氣PM2.5樣品中NO3-/SO42-比值分別大于0.5和1,已接近于發(fā)達(dá)國(guó)家大氣中該比值的水平。大氣TSP樣品中則有更高的比值),表明了移動(dòng)污染源是上海大氣污染的主要來(lái)源之一,同時(shí)也是大氣顆粒物中含氮鹽

8、的主要來(lái)源。根據(jù)對(duì)上海沙塵日和“無(wú)車日”的個(gè)案分析發(fā)現(xiàn),大氣中NO2向NO3-、SO2向SO42-的轉(zhuǎn)化率NOR、SOR在沙塵期間顯著大于非沙塵日,且其增加值SOR大于NOR:“無(wú)車日”機(jī)動(dòng)車輛的禁行或限行措施削弱了交通排放源對(duì)城市大氣污染的影響。此外,根據(jù)NO3-/PM2.5、SO42-/PM2.5比值及長(zhǎng)江三角洲地區(qū)大氣中NH3的來(lái)源與季節(jié)分布的比較,揭示了NH3是上海大氣細(xì)顆粒物中二次無(wú)機(jī)離子成分形成的主控因子之一。
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9、.采集了2008年春季亞洲沙塵自西向東長(zhǎng)途傳輸所經(jīng)過(guò)的塔中、榆林、上海及小洋山島四個(gè)特征采樣點(diǎn)的大氣PM2.5和TSP,探討了亞洲沙塵自西向東,由源區(qū)至沿海城市、近陸島嶼大氣顆粒物中水溶性污染物的變遷及其對(duì)沉降水域的生態(tài)造成的可能影響。隨著工業(yè)化、機(jī)動(dòng)車化程度的增高,大氣顆粒物中可代表人為污染來(lái)源的NO3-、NO2-、NH4＋的濃度、細(xì)顆粒態(tài)中SO42-的濃度以及粗顆粒態(tài)中MSA的濃度均隨之增高。我國(guó)的大氣污染自西向東總體上逐步加重。根

10、據(jù)上海大氣PM2.5中MSA與NO2春季日均濃度的變化趨勢(shì),揭示了大氣氧化性污染物的存在可促進(jìn)MSA的生成。內(nèi)陸人為污染物的輸送對(duì)近陸島嶼大氣顆粒物中MSA的濃度水平和其在粗細(xì)顆粒態(tài)中的分布狀況有相當(dāng)影響?；谛⊙笊綅u的觀測(cè)值,估算了大氣顆粒物中NO3-和NH4＋對(duì)中國(guó)東海的干沉降量。經(jīng)由干沉降進(jìn)入水體的NO3-和NH4＋可創(chuàng)造約為11.8mgCm2-day-1的海洋初級(jí)生產(chǎn)力,相當(dāng)于東中國(guó)海新生產(chǎn)力的1.9％至6.6％。大氣污染及其傳