黄山顶夏季气溶胶数浓度特征及其输送潜在源区

利用轨迹聚类方法对2011年6~8月黄山光明顶的气团轨迹进行聚类分组,得到2011年夏季到达黄山顶的主要气团输送轨迹,结合黄山顶的气溶胶数浓度观测资料,分析不同类型输送轨迹与黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的关系.利用潜在源贡献因子分析法PSCF(potential source contribution function analysis)定性分析了不同气团背景下黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的潜在源区,最后结合浓度权重轨迹分析法CWT(concentration weighted field)定量分析不同潜在源区对黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的贡献.结果表明,积聚模态颗粒物(0.5~1μm)数浓度约占0.5~20μm颗粒物数浓度的94.9%;黄山顶6~8月大陆气团的发生频率最高,约43.4%;影响黄山光明顶积聚模态颗粒物数浓度的潜在源区主要来自一些工业发达人口密集的城市群:湖北东部、安徽中部、河南、江西境内、两广交界处、湖南南部以及浙江北部地区.而垂直方向上,来自西北和西南方向高度约2~5km的自由对流层气团对黄山顶积聚模态粒子数浓度贡献较大.     

北京地区不同天气条件下气溶胶数浓度粒径分布特征研究

2012~2014年,在北京城区利用宽范围粒径谱仪(WPS-1000XP)对气溶胶数粒径分布特征进行观测,进而分析了不同季节与不同天气条件下气溶胶粒径分布的变化特征.结果表明,春季爱根核模态气溶胶日均数浓度值最高,秋季最低;春季和冬季积聚模态下日均数浓度较高,夏季最低;粗模态气溶胶日均浓度在冬季最高.爱根核模态粒子数浓度日变化特征最为显著,受交通源及夏季中午前后的光化学作用影响明显.春、秋、冬季积聚模态状态气溶胶数浓度夜晚高于白天,粗模态粒子没有明显的日变化特征.重污染过程中,积聚模态气溶胶对于PM_(2.5)质量浓度起到决定作用,通常需通过北风的清除才能有效降低PM_(2.5)浓度;降雨及降雪对粗模态粒子的清除效果较为明显,而小风和静风状态下,降水对积聚模态的气溶胶没有明显的清除作用;沙尘过程中,粗模态粒子浓度显著增加,而积聚模态气溶胶却被明显清除.     

轻型汽油车排放颗粒物数浓度和粒径分布特征

我国机动车颗粒物排放研究多集中于重型柴油车,对于轻型汽油车的研究相对较少.本研究对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道喷射(PFI)汽车排放颗粒物的数浓度与粒径分布进行测试,并利用两台不同检测下限的颗粒物冷凝生长计数器(CPC)对轻型汽油车颗粒物实际排放水平进行了探究.结果表明,GDI汽车排放的颗粒物数浓度高于PFI汽车一个数量级,冷启动下颗粒物主要在测试循环前200 s大量产生,GDI汽车排放颗粒物数浓度与工况速度变化关系密切,而PFI汽车变化相对较小.GDI与PFI汽车排放的颗粒物粒径分布均具有核模态和积聚模态两个特征峰,核模态颗粒物峰值粒径约为20~27 nm,积聚模态约为80~95 nm.粒径检测下限为2.5 nm的UCPC测得的颗粒物数浓度比法规使用的粒径测量下限为23 nm的CPC测量结果分别高出35.0%(GDI)和50.4%(PFI).表明喷油技术是影响颗粒物数量排放水平的关键因素,法规测试会低估轻型汽油车实际颗粒物排放水平.     

不同燃烧过程颗粒物粒径排放特征

采用荷电低压颗粒物撞击器(ELPI)和稀释采样系统研究重庆市工业源、交通源、生物质燃烧以及餐饮业油烟等各类燃烧过程的颗粒物排放特征.结果表明:燃煤锅炉以及各类柴油交通源颗粒物数浓度峰值都表现出单峰型的变化特征,峰值主要出现在0.20~0.48μm之间;生物质燃烧和餐饮业油烟颗粒物的数浓度都呈现出双峰型的变化趋势,分别出现在核模态(0.02~0.07μm)和积聚态(0.2μm);水泥窑炉的数浓度也出现双峰型变化特征,分别出现在积聚态(0.12μm)以及接近粗颗粒物态的1.23~1.96μm粒径范围处.各污染源颗粒物质量浓度峰值主要出现在粗粒径态,交通源排放的颗粒物质量浓度相对较高.各类污染源数浓度分布主要集中在积聚模态,粗颗粒态的数浓度累计贡献都不到1%;质量浓度主要分布在粗颗粒态,核模态的质量浓度贡献都小于0.1%.     

杭州市春季大气超细颗粒物粒径谱分布特征

2012年3~5月,采用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)对杭州市大气超细颗粒物数浓度进行了连续监测和分析研究.结果表明,核模态(5.6~20 nm)、爱根核模态(20~100 nm)、积聚模态(100~560 nm)以及总颗粒物(5.6~560 nm)日均数浓度值分别为0.84×104、1.08×104、0.47×104和2.38×104cm-3.晴天天气下,爱根核模态颗粒物浓度较高,且可观测到核模态和爱根核模态颗粒在早上10:00~11:00开始增加,3~4 h后结束,这说明太阳照射强度促进了新粒子形成.在工作日与周末,人为活动因素使各模态颗粒物浓度分布有明显差异.结合天气因素分析可知,风速和风向也直接影响颗粒物浓度;颗粒物浓度与能见度分析结果表明:杭州地区大气能见度的高低受核模态和爱根核模态的颗粒影响较小,与积聚模态颗粒物浓度呈负相关关系.     

广州城区大气细颗粒物粒谱分布特征分析

2008年10~11月,利用大气细粒子谱分析仪(FPM-I型)对广州城区5nm~10μm大气细粒子谱进行长期连续在线测量.同时,利用大气能见度仪、黑碳分析仪、气象参数仪获取了观测点的大气能见度、黑碳质量浓度和气象参数信息. 颗粒物谱型分析结果表明:整个观测期内,颗粒物数浓度谱、表面积谱及体积谱均呈双峰结构. 广州地区核模态(5~20nm)、爱根核模态(20~100nm)和积聚模态(0.1~1μm)粒子日平均浓度变化范围分别为1400~4300个/cm3、5000~12300个/cm3和1600~2600个/cm3.晴天和灰霾天气下颗粒物数浓度、黑碳浓度及大气能见度对比分析结果表明:广州地区大气能见度的高低受核模态和爱根核模态粒子浓度的影响较小,与积聚模态粒子浓度呈负相关关系;黑碳质量浓度峰值的出现位置与爱根核模态粒子浓度峰值位置相一致,表明爱根核模态粒子对黑碳浓度的贡献不能忽略.     

兰州市夏秋季颗粒物谱分布特征研究

采用APS-3321空气动力学粒径谱仪对兰州市2010年8～10月0.5～20μm大气颗粒物浓度及其谱分布进行了实时监测,并通过聚类分析方法结合气象观测数据对体积浓度谱特征及其影响因素进行了分析.以阐明兰州市夏秋季不同粒径段颗粒物浓度水平和粒谱分布特征及其成因.结果表明,0.5～20μm大气颗粒物小时平均数浓度、表面积浓度和体积浓度分别为(108.1±92.2)个.cm-3、(282.9±267.9)μm2.cm-3和(92.2±127.3)μm3.cm-3,细粒子(0.5～2.5μm)分别占0.5～20μm大气颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度的98.7%、73.8%和52.9%.观测期间数浓度谱呈单峰分布,峰值出现在积聚模态,表面积浓度谱和体积浓度谱呈双峰型,峰值分别位于积聚模态和粗模态.颗粒物体积浓度谱主要有7类代表不同源和气象条件影响的分布型.受浮尘天气和局地扬尘影响的颗粒物体积谱分布在粗模态有明显的峰,而受机动车直接燃烧排放和二次扬尘影响的颗粒物体积谱分布呈双峰型,峰值分别位于积聚模态和粗模态.     

降雨对不同粒径气溶胶粒子碰撞清除能力

利用与惯性碰撞紧密相关的斯托克斯数Stk计算公式,结合海淀宝联大气成分站和海淀自动观测站2012年10月~2014年10月两年实测的逐时PM_(2.5)浓度数据和对应时刻的气象要素数据,并挑选典型降水过程分析降水对不同粒径气溶胶的碰撞清除作用.惯性碰撞是降水对气溶胶的最主要清除方式,斯托克斯数Stk的计算结果显示,降水对粒径小于2μm的气溶胶的直接碰撞清除作用很小,对粒径大于2μm的粗粒子的清除作用相对较大;实际观测数据统计分析表明,PM_(2.5)浓度明显减少的降水过程及降水时次很少,而43.2%的降水时次PM_(2.5)浓度有所升高;通过对典型降水过程气溶胶粒径分布数据分析表明,降水对爱根核模态(0.1μm)和粗模态气溶胶(1.0μm)有明显的清除作用,但对积聚模态清除作用不明显,由于PM_(2.5)的质量浓度主要分布在积聚模态,因此,降水对环境中PM_(2.5)的碰撞清除作用很弱.     

北京大气颗粒物数浓度粒径分布特征及与气象条件的相关性

2011年11月~2012年8月,采用WPS宽范围粒径谱仪在北京地区连续监测10nm~10μm间不同粒径大气颗粒物数浓度,并同步记录气象参数.结果表明,颗粒物数浓度均值为25014个/cm3,多呈单峰或双峰模式分布,其中冬季均值为31007个/cm3,春季23152个/cm3,夏季20882个/cm3,冬季明显高于其他季节.爱根核模态及积聚模态均呈现冬季高、春夏低的态势;核模态春季显著高于其他季节.各气象因素中,风速影响最为显著,粒径大于20nm颗粒物数浓度与风速呈反比.核模态与爱根核模态粒子数浓度在交通早高峰、正午与晚间高于其他时段,积聚模态粒子数浓度变化则相对平缓,夜间显著升高.     

基于现场实测的湿电除尘器颗粒物特性变化研究

采用自主设计的固定源细颗粒物稀释采集系统以及根据GB/T 16157—1996方法对陕西关中地区某燃煤电厂湿电除尘器(WESP)进出口的颗粒物开展了现场实测与特性分析。结果表明:WESP对PM_(2.5)、PM_(10)和颗粒物的脱除效率分别为67.85%、43.57%、40.88%;WESP前后质量浓度峰值均出现在积聚模态,但由双峰(1.764、0.649μm)变成单峰(1.764μm),峰值移至大粒径段,数浓度峰值出现在爱根核模态和积聚模态,但由多峰(0.017、0.129、0.384、1.764μm)变成双峰(0.017、0.073μm),峰值移至小粒径段;经WESP,PM_(2.5)积聚模态大多粒径段颗粒物的质量浓度与数浓度均在下降(如在质量浓度和数浓度下降粒径段中,0.129μm处下降率均最少(均为59.03%)),爱根核模态大多粒径段颗粒物的质量浓度与数浓度均在上升(如在质量浓度和数浓度上升粒径段中,0.017μm处上升率均最少(均为55.36%)),但无论是WESP前或后,PM_(2.5)的主要质量浓度均集中在大粒径段、主要数浓度均集中在小粒径段;WESP对PM_(2.5)中大粒径段颗粒物的去除效果要优于小粒径段颗粒物。     

Diurnal variation of number concentration and size distribution of ultrafine particles in the urban atmosphere of Beijing in winter

Number concentration and distribution of airborne particles in the size range 5.6 to 560 um diameter were measured in Beijing for a 15-d period in winter 2005.Daily average number concentrations of nucleation mode(5.6-20 nm),Aitken mode(20-100 nm), and accumulation mode(100-560 nm)particles,and total particles were 17500,32000,4000,and 53500 cm~(-3),respectively.Average particle size distribution was monomodal with a mode diameter of about 40 um at night and bimodal with mode diameters of about 10 and about 40 nm during the daytime.New particle formation events,which were connected to diurnal variation of nucleation mode particles,were observed in more than half of the observation days.The events often started around 10:00-11:00 Chinese Standard Time (CST)and ended up after 3-4 h.Concentrations of Aitken and accumulation mode particles increased from midnight and reached their maxima at about 10:00 CST,and then decreased and became the lowest in the afternoon.Analysis of diurnal cycles in traffic volume and meteorological parameters revealed that the accumulation of the particles in Aitken and accumulation modes in the morning was influenced by formation of an inversion and increase in vehicle emission,and dispersion of such particles in the afternoon was associated with more effective vertical mixing and higher wind speed.     

武当山夏季颗粒物数浓度谱分布特征及气团来源影响研究

为研究大气边界层中上层大气颗粒物的数浓度谱分布特征及气团来源的影响,于2018年6月利用3080型SMPS粒径谱仪对武当山14.6~660 nm颗粒物数浓度谱进行观测,分析和探讨了其数浓度谱分布及日变化特征,并结合后向轨迹、潜在源贡献因子法（PSCF）与浓度权重轨迹分析法（CWT）探讨对武当山颗粒物数浓度影响较大的外源输送路径和贡献源区.结果表明:①武当山大气颗粒物主要以爱根模态为主,平均数浓度为2 500个/cm3,积聚模态、核膜态平均数浓度分别为2 265、359个/cm3,3种模态数浓度分别占总数浓度的48.79%、44.21%、7.01%.②在新粒子生成日,核膜态数浓度于10:00开始上升,11:00—17:00的核膜态数浓度相对较高,约2 000个/cm3.新粒子生成日ρ（SO₂）与ρ（O₃）的日变化趋势均与核模态数浓度较为相似,表明SO₂和O₃参与光化学反应后的产物（硫酸及有机物）有利于新粒子的生成与增长.新粒子生成日风速、温度均大于非新粒子生成日,但相对湿度较低.③在东部及局地气团影响下大气颗粒物主要以积聚模态为主,数浓度分别为2 311和2 596个/cm3;核模态、爱根模态数浓度在受西北气团影响时最大,数浓度分别为806和3 078个/cm3.④潜在源区分析表明,影响武当山积聚模态数浓度的主要源区为十堰市本地及襄阳市,二者贡献值在840个/cm3以上.研究显示,武当山颗粒物主要以爱根模态为主,颗粒物数浓度日变化主要受大气边界层发展及山谷风的影响,较高的ρ（SO₂）与ρ（O₃）以及高温、低湿及较大的风速均有利于新粒子的生成,周边城市的区域性传输对武当山颗粒物的影响较大.      

水泥企业不同固定源PM2.5排放特性

为获得水泥企业固定源颗粒物排放特性,采用自设固定源PM_2.5稀释采集系统对陕西省关中地区某水泥企业固定源中的细颗粒物开展了现场实测工作.结果表明:窑头主要排放粒径较小的颗粒物,其粒径分布特征与燃烧气态产物冷凝、碰并、凝聚等机制相关;窑尾、煤磨、破碎、水泥磨主要排放粒径较大的颗粒物,其粒径分布特征与原料、燃料及熟料的破碎、粉磨等物理性质相关;考虑废气标干流量情况下,固定源PM_2.5控制重点依次为窑头、煤磨、窑尾、水泥磨、破碎;窑头在爱根核模态和积聚模态的颗粒物浓度整体水平明显高于窑尾、煤磨、破碎（最高值间约相差3倍左右至1个数量级）;窑头、窑尾、煤磨、破碎浓度分布的共同特征是PM₁₀粒径分布谱中大于0.1 μm的各层级颗粒物质量大多较高且各层级间质量变化较为剧烈.窑头在爱根核模态和积聚模态的颗粒物数浓度整体水平明显高于窑尾、煤磨、破碎（最高值间约相差1~2个数量级）;窑头、窑尾、煤磨、破碎数浓度分布的共同特征是PM₁₀粒径分布谱中粗粒子模态数量均很小.窑尾、窑头、煤磨、破碎、水泥磨排放因子分别为0.156 g/t（以熟料计）、3.914 g/t（以熟料计）、1.538 g/t（以煤计）、0.016 g/t（以石料计）、0.056 g/t（以水泥计）,PM_2.5排放总量分别为207.48、5 205.62、286.38、28.73、131.50 t,固定源PM_2.5排放总量为5 859.7 t.研究显示,水泥企业不同固定源颗粒物排放特性相差较大,即使同一类工艺同一性质固定源其颗粒物排放也存在不同,主要原因在于各企业的运行参数、固定源除尘设施、颗粒物检测方法及仪器等存在不同.      

南京冬季晴天及雾-霾天气纳米气溶胶粒子谱日变化比较

利用2017年12月南京气溶胶数浓度与气象参数资料,比较研究晴天及雾-霾天中10~1000nm纳米气溶胶粒子谱日变化规律及差异特征.结果表明,单峰谱型出现与污染加重有明显关系,分别出现在晴天午后、霾严重污染阶段和污染消散阶段、浓雾过程,峰值粒径分别为晴天（20~100nm）、霾天（27~144nm）和雾天（34~122nm）.3种天气条件下,晴天较强的太阳辐射和较低的湿度适合小粒子生成,核模态占比在晴天最高;霾天气象场适合爱根态粒子大量稳定存在,爱根态占比在霾天最高;雾天大量气溶胶吸湿增长,导致积聚态占比在雾天最高.在霾天污染物累积阶段,大量积聚态粒子对核模态、爱根态粒子的碰并增长作用抑制核模态、爱根态粒子生成,核模态和爱根态粒子浓度变化率为-91.0%和-62.5%,而积聚态为89.7%.浓雾过程对爱根态粒子清除作用最明显.     

车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究

在满足国Ⅳ排放法规的车用柴油机上研究了燃用不同掺混体积比例的棕榈油生物柴油的颗粒物排放特性.试验中棕榈油生物柴油的掺混比例分别为0%、10%、20%、50%和100%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在外特性和负荷特性时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布.研究结果表明:随生物柴油掺混比例的增加,颗粒物质量浓度降低.燃用生物柴油后颗粒物的数量浓度在大负荷明显降低,中小负荷呈升高趋势.生物柴油的排气颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,核态数量浓度所占比例高于柴油,凝聚态的质量浓度所占比例略低于柴油.生物柴油颗粒物的几何平均直径小于柴油.     

夏收时段农村大气亚微米颗粒物数浓度分布特征

为了从源区的角度研究华北平原夏收时段大气亚微米颗粒物粒径谱分布,采用扫描电迁移率粒径谱仪,于2017年6月对华北平原典型农村点位亚微米颗粒物数浓度进行连续观测.结果表明,观测期间大气亚微米颗粒物粒径分布主要集中在小于300nm处,平均数浓度为28371cm^-3.不同模态颗粒物数浓度分布差异明显,核模态（< 20nm）呈线性分布,爱根核模态（20~100nm）呈多项分布,积聚模态（>100nm）呈对数分布.48h后向轨迹聚类结果表明,观测点位气团受其东部的江苏省、山东省和安徽省生物质燃烧传输影响时,颗粒物总数浓度增加66.7%.潜在源贡献因子法和浓度权重轨迹法,表明潜在源区为观测点位以东的区域,且以粒径小于100nm的颗粒物为主.     

醇类汽油混合燃料EGR氛围下颗粒物排放特性研究

在一台缸内直喷(GDI)汽油机上,研究了部分负荷工况下引入EGR和添加醇类燃料对发动机颗粒物数量浓度和体积浓度排放特性的影响.实验结果表明,对于汽油、E20(乙醇在混合燃料中的体积比例为20%)、Bu20(正丁醇在混合燃料中的体积比例为20%)3种燃料而言,随着EGR率从0增加到20%,核态颗粒物数量浓度最大升幅为31.6%、110.0%、55.0%,积聚态颗粒物数量浓度最高降幅分别达21.9%、29.2%、40.9%,体积浓度最高降幅分别达45.0%、55.0%、36.6%.在EGR率为0工况下,相对于汽油燃料,E20与Bu20燃料核态颗粒物排放数量浓度降幅分别达82.4%、64.9%,积聚态颗粒物排放数量浓度降幅分别达77.0%、56.0%,体积浓度降幅分别达78.4%、52.0%,在降低颗粒物排放方面,乙醇要优于正丁醇.