南京三级分档雾水有机酸和无机组分化学特征

本研究于2017年11月~2018年1月在南京北郊开展为期45d的雾外场综合观测试验,并在2017年12月30~31日一次浓雾过程中,利用主动式分档雾水采集器采集三级分档雾水样品 （三级切割直径：S1, > 22μm;S2,16~22μm;S3,4~16μm）,测定了样品的有机酸和无机离子浓度以及pH值和电导率,以探讨南京三级粒径雾水的有机酸和无机离子组分化学特征.结果表明,南京三级粒径雾水呈碱性,Ca²⁺,NH₄⁺,SO₄^2-和NO₃^-为三级分档雾水的主要离子组分.甲酸根（HCOO^-）、甲基磺酸根（CH₃SO₃^-）、草酸根（C₂O₄^2-）和乙酸根（CH₃COO^-）为主要有机酸组分.总离子浓度和各种离子浓度的体积加权平均随粒径变化呈“U”型分布,且在4~16μm小雾滴中富集.4种主要有机酸离子浓度间均存在显著相关性.雾水中Ca²⁺和NH₄⁺是导致雾水呈碱性的主要原因.与2013年相比,2017年雾水酸度大幅降低,主要由于致酸成分的减少和中和反应的发生.     

南京雾过程对大气气溶胶谱分布及化学组成的影响

为探究南京地区雾过程对气溶胶粒子化学组成和尺度分布的影响,在2017年冬季的雾观测中平行收集了3级分档雾水和分粒径气溶胶样品,并对雾微物理量与气溶胶谱分布、3级分档雾水与雾前、雾中、雾后分粒径气溶胶化学组成对比分析。结果表明,2017年冬季南京第1次雾过程的雾滴液态水含量随粒径分布为不对称“V”型,最低值位于7μm处,第2次雾过程的雾滴液态水含量随粒径分布为3峰型,峰值分别位于5,15,21.5μm处。在雾形成、发展阶段,粒径<0.33μm的气溶胶质量浓度降低,粒径0.38μm气溶胶质量浓度升高,雾成熟阶段,气溶胶粒子质量浓度在全粒径段均达到最低,粒径0.38μm的气溶胶质量浓度大幅降低,与雾前相比,雾后气溶胶质量浓度峰值向大粒径方向移动。雾前,气溶胶水溶性离子组分富集在粒径<0.43μm的小粒子中,随着雾过程进行,成核作用和吸湿增长使得水溶性离子向较大粒径段富集。雾中新生成的气溶胶随着雾滴的蒸发被释放,导致雾后NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺浓度升高。较小粒径的气溶胶中和率更高,雾形成初期的新生雾滴酸性较强,随着雾过程的进行逐渐中和,雾水pH值逐渐升高。     

庐山三级分档雾水化学特征的对比分析

为研究庐山冬季不同粒径雾滴化学成分特征,于2015年和2016年在庐山开展冬季云雾物理化学特征的很高综合观测实验,利用主动式分档雾水采集器（three-stage CASCC）共采集44组3级粒径雾滴的雾水样品,其分档空气动力学直径为4~16μm（S3级）,16~22μm（S2级）和>22μm（S1级）.用850professional IC型色谱仪（瑞士万通）分析雾水中的水溶性离子浓度,讨论3级分档雾水化学特征和不同粒径雾水中各离子组分的来源及相关性.结果表明,2015年和2016年庐山冬季3级雾水多呈酸性,2016年酸性更强,pH值与雾滴的粒径大小有依赖性关系,4~16μm的小雾滴酸性更强.雾水中主要离子有Ca²⁺,NH₄⁺,SO₄^2-,NO₃^-和Cl^-.NH₄⁺,SO₄^2-,NO₃^-主要集中在4~16μm的小雾滴中,受海洋和土壤源的影响比较小,主要是人为活动所导致,2015年雾水Cl^-主要受人为源的影响,2016年人为输入显著降低,主要受海洋源影响.Mg²⁺,Ca²⁺主要集中在>22μm的大雾滴中.SO₂、NO_x排放逐年降低导致2016年雾水中SO₄^2-和NO₃^-浓度明显小于2015年.     

2006 年南京冬季浓雾雾水的化学组分

利用2006 年12 月24~27 日南京外场观测试验资料和采集到的雾水样品化学分析资料,从雾水的化学组成及同月采集的雨水的比较、雾水离子间的相关性、雾水离子浓度与污染气体的关系等几方面,分析了南京雾水的化学特征.结果表明,南京雾水pH 值介于4.24~7.27,多呈酸性;雾水离子浓度随时间有较大变化,这与雾的宏观和微物理结构有关;雾水中离子浓度与同时期(2006 年12 月上旬)雨水中的离子浓度以及污染气体的浓度变化趋势有一致性.如,雾水SO4₂^-和NO₃^-的浓度在25 日14:30~19:55 有1 个峰值,而污染气体的峰值则相对提前,大约在13:00~14:00,随后气体和离子的浓度都逐渐降低.     

西双版纳城、郊雾水化学组成分析

利用 1997年 11月西双版纳城、郊雾的外场试验观测资料 ,从该地区雾水化学组成与其他地区雾水化学组成的比较、雾水化学组成与环境的关系、雾水化学组成的来源、雾水化学成分的浓度与雾的微物理结构的关系等几个方面分析了该地区雾的化学特征 .结果表明 ,西双版纳城郊雾水明显呈碱性 ,F-浓度比我国其他地区高很多 ;由于生态环境的不同 ,西双版纳城郊雾的化学成分浓度有很大差异 ;与历史资料比较 ,西双版纳城区雾水总离子浓度明显增加 ;雾水的化学组成与当地的气溶胶、土壤的化学组成密切相关 ;雾水总离子浓度与雾滴粒径有关 .     

湛江东海岛海雾雾水化学特征的对比分析

利用2010年和2011年在广东省湛江市东海岛海雾外场观测试验中获得的雾水样本和雾滴谱资料,对南海沿岸海雾化学特性进行研究.结果表明:2010年雾水的p H和电导率(EC)平均值分别为5.20和1884μS·cm-1,2011年的p H和EC平均值分别为3.34和505μS·cm-1.2011年雾水酸性变强的原因主要考虑到酸性物质比重增加.海洋源离子Cl-和Na+的离子浓度很高;SO_2-4和NO-3具有同源性,人为污染的贡献明显.2010和2011年总离子浓度(TIC)的平均值分别为38260μeq·L~(-1)和5600μeq·L~(-1),而实际大气中离子负荷量相差不大,主要是由于2011年观测地点海拔高度的升高会降低湍流因子的影响,减少粒径较大雾滴的沉降,从而促使液态水含量增加,在大气中污染物质浓度变化不大的情况下,离子浓度下降.     

湛江东海岛春季海雾雾水化学特性分析

利用湛江1951~2010年地面观测资料及2010年3月15日~4月20日在湛江东海岛6次海雾观测数据,分析了湛江海雾发生的规律和雾水化学特性.结果表明,湛江海雾属于酸性海雾,pH值变化范围从4.80~6.05.海雾发生初期的电导率比雾发生期间高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水中溶解了大量的污染物.对样本的电导率与pH值进行非线性拟合,相关系数为0.61,表明存在一定的相关性.湛江东海岛雾中各离子浓度很高,与其他城市相比较,湛江海雾阴离子Cl-和NO3-很高,特别是Cl-达13000μmol/L,但SO42-不高;阳离子中Na+很高.电导率比其他城市偏高.Ca2+和Mg2+的离子浓度较高,主要是受近地表土壤(主要是钙和铁的碳酸盐)尘埃影响.在雾过程的前期,雾水中各离子成分浓度最高,雾过程期间浓度偏低.各种离子浓度与雾的类型有关.     

天津市冬季近地层颗粒物垂直分布特征研究

为了解天津市冬季近地层颗粒物垂直分布特征,于2013年12月23日—2014年1月18日,利用Andersen撞击式采样器在天津大气边界层观测站采集10 m和220 m高度颗粒物样品,分析了水溶性离子、碳组分.结果表明,不同天气下不同粒径颗粒物质量浓度分布均呈双峰形,峰值出现在1.1~2.1μm和9.0~10μm粒径段.PM10浓度均随高度的增加而降低,污染日和清洁日最大浓度峰值分别出现在1.1~2.1μm、9.0~10μm粒径段.污染日SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+等二次离子质量浓度、百分占比及OC/EC的比值均随高度的上升而增加;清洁日二次离子质量浓度随着高度的上升而降低,但百分占比随着高度的上升而增加,OC/EC的比值均随高度的上升基本保持稳定.污染日SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-质量浓度及百分占比均较清洁日增加明显,燃煤、机动车及二次离子为颗粒物的主要来源,并在220 m高度二次污染较重.污染日和清洁日下NO_3~-/SO_4~(2-)的比值均随着高度的上升而增加,低层机动车排放对亚微米模态(1μm)贡献明显,而对于粗粒径段,燃煤源的贡献则大于机动车.污染日和清洁日二次离子、OC、EC主要富集于细粒子,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+等一次离子主要富集于粗粒子.     

南京北郊大气颗粒物的粒径分布及其影响因素分析

在南京北郊使用FA-3型9级采样器对2014年1~11月颗粒物的粒径分布进行了采样分析.首先将FA-3与中流量分级采样器(KC-120H)和环境保护局在线监测仪器的同期监测结果进行对比,数据相关系数均在0.95以上,对细粒子FA-3分别偏低13.9%和16.6%,而对PM_(10)偏高15.2%和13.3%,但采样偏差在大气采样可接受范围之内,说明其可以对大气颗粒物进行准确分级和采样.南京北郊颗粒物污染严重,PM_(1.1),PM_(2.1)和PM_(10)的年平均浓度分别为(65.6±37.6)、(91.0±54.7)和(168.0±87.0)μg·m-3,污染以细粒子为主,且大部分在1.1μm以下;颗粒物粒径呈双峰分布,峰值位于0.43~0.65μm和9~10μm粒径段;中值粒径为1.83μm,为积聚模态污染.颗粒物粒径分布在冬季细粒径段较高,春季粗粒径段较高,夏季细粒径段降低并不明显,粗粒径段明显低于其他季节;颗粒物浓度的昼夜变化在粗粒径段差异很小,在细粒径段基本表现出夜晚大于白天的特征.除了夏季,降水对各个粒径范围的颗粒物都有清除作用,且在细粒径段表现得更为明显;霾发生时随着霾等级的加重,0.43~2.1μm粒径段颗粒物浓度逐渐增加,该粒径段颗粒物质量浓度与能见度呈显著负相关.以相对湿度70%为界,颗粒物粒径分布发生了明显变化,湿度大于70%后,小于0.43μm粒径段颗粒物质量浓度显著降低,而0.43~2.1μm粒径段明显上升,颗粒物的吸湿增长应是主要原因.南京北郊的气团来源可以分为四类,其中西北方向快速输送的气团最为洁净,细粒径颗粒物浓度明显低于其它方向;本地和周边近距离输送的气团污染最重,粗细粒径颗粒物浓度都较高,其传输距离短,风速小,发生污染的概率最大,达到73.9%,对南京市的空气污染贡献较大.     

封闭式博物馆室内空气颗粒物离子成分特征

采用气体悬浮物粒子监测仪和NanoMoudi-Ⅱ125A型分级采样器对某封闭式博物馆进行颗粒物数浓度监测和颗粒物采样,测定了不同粒径段颗粒物中的主要离子组分。结果表明,监测期间粗颗粒物(粒径≥2.5μm)、细颗粒物(粒径在0.1~2.5μm之间)和超细颗粒物(粒径≤0.1μm)质量浓度分别为20.50~24.38μg/m3、23.39~24.08μg/m3和16.02~17.48μg/m3。颗粒物数浓度集中在粒径≤0.3μm范围,PM1数浓度占PM10数浓度的97%以上,游客扰动和清洁活动使粗颗粒物数浓度增加了8~172倍。SO42-、NO3-、NH4+峰值出现在0.32~0.56μm粒径段,Na+、Cl-分布较平均,K+峰值出现在0.32~0.56μm和3.2~5.6μm粒径段,Mg2+的峰值出现在3.2~5.6μm粒径段,Ca2+峰值出现在1.8~3.2μm粒径段;总有机酸根离子无明显峰值;乙酸根离子浓度为1.238μg/m3,高于甲酸根和乙二酸根。颗粒物的阳/阴离子比均值为2.83,说明阴离子测定可能有缺失,如碳酸盐等。颗粒物中水溶性离子浓度水平和粒径分布受游客影响不明显,受室外空气输送的影响较大。     

上海雾天大气污染及雾水组分研究

首次较系统地监测调查了上海市雾天的大气污染状况，并分析了雾水的化学组分，结果表明，上海出现雾天时，不利于大气污染物的扩散，造成雾天大气污染较严重，污染物浓度高值出现的时间与雾的形成至消散基本同步，比起雾前高２－１０倍。     

西双版纳城、郊雾水化学组成分析

利用１９９７年１１月西双版纳城、郊雾的外场试验观测资料，从该地区雾水化学组成与其他地区雾水化学组成的比较、雾水化学组成与环境的关系、雾水化学组成的来源、雾水化学成分的浓度与雾的微物理结构的关系等几个方面分析了地区雾的化学特征。结果表明，西双版纳城郊雾水明显呈碱性，Ｆ＾－浓度比我国其他地区高很多；由于生态环境的不同，西双版纳城郊雾的化学成分浓度有很大差异；与历史资料，西双版纳城区雾水总离子浓度明显增     

Multiphase chemistry in a microphysical radiation fog model—A numerical study

A microphysical radiation fog model is coupled with a detailed chemistry module to simulate chemical reactions in the gas phase and in fog water during a radiation fog event. In the chemical part of the model the microphysical particle spectrum is subdivided into three size classes corresponding to non-activated aerosol particles, small and large fog droplets. Chemical reactions in the liquid phase are separately calculated in the small and in the large droplet size class. The impact of the chemical constitution of activated aerosols on fogwater chemistry is considered in the model simulations. The mass transfer of chemical species between the gas phase and the two liquid phases is treated in detail by solving the corresponding coupled differential equation system. The model also accounts for concentration changes of gas-phase and aqueous-phase chemical species which are induced by turbulence, gravitational settling and by evaporation/condensation processes.Numerical results demonstrate that fogwater chemistry is strongly controlled by dynamic processes, i.e. the vertical growth of the fog, turbulent mixing processes and the gravitational settling of the particles. The concentrations of aqueous-phase chemical species are different in the two droplet size classes. Reactands with lower water solubility are mainly found in the large droplet size class because the characteristic time for their mass transfer from the gas phase into the liquid phase is essentially longer than the characteristic time for the formation of large fog droplets. Species with high water solubility are rapidly transferred into the small fog droplets and are then washed out by wet deposition before these particles grow further to form large droplets. Thus, the concentrations of the major ions (NO₃⁻, NH₄⁺) are much higher in small than in large droplets, yielding distinctly lower pH values of the small particles. In the present study the reaction of sulfur with H₂O₂ and the Fe(III)-catalysed autoxidation of S(IV) are the major S(VI) producing mechanisms in fog water. Most of the time the sulfur oxidation rates are higher in the large than in the small droplets. Fogwater deposition by gravitational settling occurs mainly in the large droplet size class. However, since in the small droplets the concentrations of chemical species with very good water solubility are relatively high, in both droplet size classes the total wet deposition of these reactands is of the same order of magnitude.     

2009年夏季黄山云雾水化学特征及来源分析

利用09年夏季在黄山光明顶气象站采集的25个云雾水样本及气象站常规资料,分析了云雾过程雾水的化学特征、污染来源与微物理特性.结果表明,观测期间云雾水呈弱酸性,平均值pH值为6.4,主要的离子浓度由大到小排列为:SO42->NH4+>Ca2+>NO3->Na+>Cl-,表明二次污染物对黄山云雾水的贡献较大.统计分析显示,各云雾过程中雾水组分变化,主要缘于不同云雾过程中污染源与海洋源的贡献率不同.结合后向轨迹进一步分析显示,影响气团主要来源于海洋和周边地区,不同气团影响下雾水离子组分及云雾微物理特征差别明显.     

华南地区高山酸沉降化学研究

1987—1989年春季,在华南地区衡山、狮子山、苗儿山和白云山观测到华南高山降水酸化,各测点降水pH<5.6的频率大于68％,平均pH值在3.56—4.85之间,分析了高山降水的化学特征,及其与高山的地理环境等因素的关系.结果表明,高山雨水与高空云水有相似性,狮子山和白云山的云雾水主要属地形云,受局地源的影响更为严重,化学性质更接近于地面雨水.     

Chemical composition differences in fog and cloud droplets of different sizes

The distribution of acidity and solute concentration among the various droplet sizes in a fog or cloud and the effect of the evaporation-condensation cycle on the composition and size distribution of atmospheric aerosol is studied. Significant total solute concentration differences can occur in aqueous droplets inside a fog or cloud. For the fog simulated here, during the period of dense fog, the solute concentration in droplets larger than 10 μm diameter increased with size, in such a way that droplets of diameter 20 μm attain a solute concentration that is a factor of 3.6 larger than that in the 10 μm droplets. Droplets on which most of the liquid water condenses have access to most of the reacting medium for in situ S(IV) oxidation and are therefore preferentially enriched in sulfate. The gas and aqueous-phase chemical processes result in an increase of the total solute mass concentration nonuniform over the droplet spectrum for a mature fog. These chemical processes tend to decrease the total solute mass concentration differences among the various droplet sizes. Low cooling rates of the system also tend to decrease these concentration differences while high cooling rates have exactly the opposite effect. The mass/size distribution of the condensation nuclie influences quantitatively, but not qualitatively, the above concentration differences.     

基于多源资料天津一次雾-霾过程的边界层特征

为探究雾-霾过程的边界层特征,选取天津市2019年12月7~10日一次严重的雾-霾典型过程,采用常规自动气象站资料、环境小时浓度资料、以及微波辐射计、风廓线雷达、气溶胶激光雷达等多种观测资料及WRF-Chem源追踪方法对此次污染过程进行综合分析. 结果表明,此次雾-霾过程可明显分为雾生成、雾与霾交替、霾、霾消散等4个阶段;雾-霾天气与大气温度层结密切相关,伴随着逆温生成,相对湿度和液态水含量最大增长速率分别达13.44%/h和0.013g/(m³·h),呈爆发性增长,相对湿度快速增至92%,微波辐射资料可较好预报雾的生成;雾与霾交替出现阶段雾天气改变了边界层结构,雾层内大气呈中性状态,相对有利于污染物在雾区内扩散,PM_2.5高浓度主要出现在边界层400m以下,雾顶持续逆温抑制了污染物向上层大气扩散,造成雾区内污染物浓度加重,地面PM_2.5质量浓度为135~223μg/m³,维持中度-重度污染;雾-霾天气与垂直风场有较好的对应关系,雾与霾交替出现阶段存在低风速和较大风速(西南风带来充沛水汽)两种有利于雾维持的情况,雾顶逆温层以上风速为6~12m/s,雾层内为1~2m/s,雾的存在不利于近地面空气质量的改善;此次雾-霾过程天津本地源排放贡献为36.1%,区域输送贡献为63.9%,整个过程表现出明显的区域输送特征.