天津市夏秋季O3-PM2.5复合污染特征及气象成因分析

天津市PM_2.5-O₃复合污染主要发生在夏秋季,本研究筛选出2017年夏季一次和秋季两次典型PM_2.5-O₃复合污染过程,系统分析污染物变化特征,探究天气形势和主要气象因子的影响.结果表明,3次污染过程PM_2.5与O₃呈现不同程度的正相关性（日均值相关系数达到0.34~0.78）,O₃与PM_2.5中硫酸盐和有机碳日均浓度存在较为一致的变化趋势.与非复合污染日相比,复合污染日无机盐占PM_2.5组分的比重增加,增长率为1.9%~7.3%;而碳组分占比减小.复合污染过程发生时,天津地区处于低压槽前或高压后部,近地面弱的偏南风辐合造成较差的大气扩散条件,导致大气污染物的累积.研究结果发现,夏季和秋季PM_2.5-O₃复合污染过程需要适宜的气象条件,温度阈值分别为25~35℃和20~30℃,相对湿度分别为40%~70%和55%~100%.夏秋季复合污染过程关键无机组分及其形成机制有所差异.夏季,日间O₃等强氧化剂对SO₂的气相氧化过程和夜间高湿条件（大约60%）下液相化学反应可能是主导的化学机制,硫酸盐增长率为8.2%.秋季高湿环境（≥80%）不仅促进SO₂向硫酸盐转化,秋季第一次复合污染过程硫酸盐增长4.7%,也促进夜间N₂O₅水解反应等,秋季第二次复合污染过程硝酸盐增长6.0%,两种机制成为秋季复合日PM_2.5显著增长的关键机制.本研究揭示了驱动天津市PM_2.5-O₃复合污染过程发生的适宜气象条件、PM_2.5关键化学组分及其化学过程,为复合污染的成因及协同控制提供了参考.     

2014年北京地区云内云下的降水化学分析

为了解现阶段北京地区降水的化学特征和云下/云内的清除作用,于2014年采用分段采样的方式针对25场降水进行收集,分析了降水中各离子组分浓度.结果发现,2014年北京地区降水中NH₄⁺、SO₄^2-、NO₃^-和Ca²⁺浓度最高,雨量加权平均离子浓度分别为240、162、91和65 μeq·L^-1,与早期研究相比均有所下降.SO₄^2-/NO₃^-比值为1.8,NO₃^-和NH₄⁺的比重显著增加.综合利用相关性分析、主因子分析及后向轨迹等方法,探讨了北京地区降水中各离子组分的来源.结果表明,东南气团中主要离子NO₃^-、SO₄^2-及NH₄⁺的浓度较高,主要受人为活动排放的影响.总体上各离子的云下冲刷作用略大于云内清除,其中,Na⁺、Ca²⁺及NO₃^-云下冲刷的贡献大于SO₄^2-和NH₄⁺.与其他城市相比,北京地区云内清除的贡献略大,表明长距离输送的影响不可忽视.     

北京冬季PM2.5中金属元素浓度特征和来源分析

为了解北京冬季细颗粒物中金属元素的浓度水平及其来源,于2014年12月至2015年1月使用中流量PM_(2.5)采样器在北京城区开展了为期30 d的连续采样,采用滤膜称重法检测PM_(2.5)浓度,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析PM_(2.5)中16种元素总量,并采用富集因子法和因子分析法分析元素污染特征及其来源.结果表明,观测期间PM_(2.5)中主要金属元素为K、Ca、Fe、Al和Mg,占16种元素总量的90.7%.与白天相比,地壳元素如Mg和Al等在夜间的浓度下降30%以上,而人为源金属元素如Cu和Pb等的浓度则上升40%以上.从优良天到重污染天气,上述16种金属元素的总浓度上升1倍,但其在PM_(2.5)中的比例却逐渐降低,说明金属元素的富集不是PM_(2.5)上升的主要原因.随着污染程度的加剧,Cu、Zn、As、Se、Ag和Cd等主要来自人为源的金属元素浓度上升较快,重度污染天与优良天的浓度比值范围为2.9~5.3;而Al、Mg、Ca、Mn和Fe等地壳元素浓度上升则较缓,重度污染天与优良天的浓度比值范围为1.2~1.8.北京冬季PM_(2.5)中金属元素主要来源于燃煤和生物质燃烧、交通和工业排放以及地面扬尘,贡献率分别为34.2%、25.5%和17.1%.     

深圳市一次典型污染天气污染特征分析研究——以2016年3月空气质量为例

2016年3月31日,深圳市及其周边地区出现典型的区域性空气污染事件,多数地区的AQI超过了100.主要污染物浓度和气象要素的逐小时变化表明,该次污染天气主要是在不利气象条件下,由污染物区域传输和二次污染物生成共同导致的.进一步的后向轨迹分析表明,污染日抵达深圳市的气团可能从东莞、广州和佛山等地区携带了大量污染物,并且移动速度缓慢,造成了深圳较为严重的污染天气,而污染日前和污染日后抵达深圳市的气团有利于污染物的稀释扩散,因此空气质量较好.     

北京市近地层颗粒物浓度与气溶胶光学厚度相关性分析研究

利用2009年北京市大气颗粒物质量浓度和气溶胶光学特性的同步观测研究发现,北京市城区颗粒物污染严重.PM2.5、PM10年平均浓度分别为(65±14)、(117±31)μg·m-3,均超出国家2016年拟执行环境空气质量二级标准,PM2.5、PM10日均值超标率分别为35%、26%.细粒子PM2.5污染与可吸入颗粒物PM10污染呈显著性相关,相关系数R约为0.90(P<0.001),二者相关性伴随PM2.5在PM10中所占比重自春季到冬季逐渐增大而增强,年均PM2.5占PM10比重为61%.气溶胶光学厚度AOD(500 nm)与气溶胶波长指数(α)年均值分别为(0.55±0.10)、(1.12±0.08).PM2.5、PM10与AOD间全年及各季节均呈显著线性相关,相关系数R≥0.50;但其相关系数与相关函数存在着显著的季节差异,夏秋季节相关性显著高于春冬季节,且全年相关会掩盖较大的季节性系统差异.对PM2.5、PM10数据进行湿度订正,对AOD进行混合层高度订正,PM2.5、PM10与AOD之间的相关性得到一定提升,且更适合指数相关.     

北京东灵山地区主要大气污染物浓度变化特征

2009年8月～2011年6月在北京东灵山森林站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度,利用观测数据分析了大气污染物的月变化、季节变化和统计日变化特征,结合气流轨迹探讨了传输对污染物的影响.结果表明,观测期间NO、NO2、NOx、O3、SO2和PM2.5浓度的平均值分别为(2.0±1.6)、(13.2±7.2)、(15.3±8.2)、(61.0±19.6)、(3.6±3.6)、(35.6±32.0)μg.m-3,均低于北京城区的观测值.NOx浓度秋季最高,夏季最低,分别为(17.0±8.0)μg.m-3和(13.8±4.1)μg.m-3.O3浓度春、夏季高于秋、冬季,最高值出现在6月份.SO2冬季浓度最高,夏季浓度最低,冬季与夏季的比值约为2.7.PM2.5夏季的浓度要远高于其他3个季节,达到56.4μg.m-3.NOx、O3和SO2浓度日变化显著,其中NOx日变化为双峰型,O3和SO2日变化为单峰型,PM2.5日变化幅度较小.     

唐山大气颗粒物中水溶性无机盐的观测研究

为认知唐山大气颗粒物中典型二次污染化学成分水溶性无机盐的浓度水平、季节变化和粒径分布特征,于2010年9月～2011年8月使用惯性撞击式分级采样器对唐山大气颗粒物进行了分级采样,并用离子色谱分析了其中水溶性无机盐含量.结果表明,PM9(可视为可吸入颗粒物)和PM2.1(细粒子)中以3种水溶性无机盐SO24-、NO3-和NH4+为主,三者之和分别占PM9和PM2.1中水溶性无机盐总浓度的68%和77%;PM9和PM2.1中3种盐的浓度和在春、夏、秋、冬这4个季节分别为35.0、84.7、67.3、61.6μg.m-3和23.2、64.8、52.7、49.6μg.m-3,颗粒物中3种盐在细粒子中的赋存比例年均值分别为70%、75%和94%,夏季赋存于粗粒子中的比例显著高于其它季节.Ca2+和Mg2+全年均呈粗模态单峰分布.唐山大气颗粒物污染严重,控制燃煤、机动车尾气和生物质燃烧直排颗粒物的同时,要重点加强对气态污染物排放的控制,同时要控制地面扬尘和建筑灰尘.全面控制人为污染排放源,同时加强绿化和地面硬化、封闭式管理建筑工地,才有可能抑制住唐山市目前严重的大气污染.     

2008~2010年北京城区大气BTEX的浓度水平及其O3 生成潜势

苯、甲苯、乙苯及二甲苯是典型的人为排放有机物,不仅危害人体健康还参与对流层的光化学反应,生成O3和二次有机气溶胶.为认知北京大气中BTEX的浓度水平,评估其O3生成潜势,于2007年12月～2010年11月使用被动采样和化学分析相结合的方法对BTEX和O3浓度进行了连续3 a的同步观测.结果表明,北京城区大气BTEX中甲苯的浓度高达(8.7±3.1)μg·m-3,其次为苯、乙苯和间对二甲苯,浓度分别为(7.1±3.3)、(4.2±1.4)和(3.4±1.5)μg·m-3.BTEX总浓度在春、夏、秋和冬季的平均值分别为(16.8±1.4)、(24.7±2.8)、(25.9±4.9)和(26.8±12.1)μg·m-3,冬季苯的浓度全年最高,而夏季甲苯浓度高于冬季.采用最大增量反应活性方法计算了北京城区大气BTEX夏季O3生成潜势,发现间对二甲苯的贡献最大.北京2008、2009和2010年夏季BTEX的O3生成潜势分别为65.2、60.2和75.7μg·m-3,与O3实际浓度的年际变化趋势一致(同期浓度分别为80.5、65.0和101.9μg·m-3).机动车尾气和溶剂挥发是北京城区大气BTEX的主要来源,冬季苯的浓度可能受取暖燃煤的影响,夏季溶剂挥发对BTEX影响更大,并对O3的生成有一定贡献.     

烟雾箱模拟乙炔和NOx的大气光化学反应

利用自制光化学烟雾箱进行了一系列表征实验并模拟了乙炔和氮氧化物NO_x在室温（20±1）℃下的大气光化学反应．讨论了乙炔与NO_x的协同作用对光化学反应产生O₃的影响．实验得到了O₃和NO₂的壁损失分别为5.80×10^-6 s^-1和2.41×10^-6 s^-1,相对于模拟实验中的O₃和NO₂,该损失可以忽略．测得了单支40 W黑光灯的有效光强为0.64×10^-3 s^-1（以NO₂的光解速率表示）．经过净化空气的本底校正后,讨论了不同乙炔浓度、NO_x浓度以及光照强度对体系产生O₃的影响,计算了乙炔的增强反应活性值（incremental reactivity, IR）,4组实验的IR最大值分别为1.76×10^-2、2.68×10^-2、2.04×10^-2和2.84×10^-2．并发现IR值与乙炔的初始浓度以及光照强度关系密切,与NO_x初始浓度关系不大．     

温带阔叶红松林表层土壤活性碳、氮库的季节动态

以长白山温带阔叶红松林为观测对象,在植被生长季节对森林表层土壤进行连续性采样分析,以研究森林土壤活性碳、氮库的季节性变化特征及其影响因素。结果表明,不同季节土壤水溶性有机碳和硝态氮含量从高到低依次为春季、夏季和秋季,其变化范围分别为48～80和0.68～2.30μg.g-1。不同季节土壤水浸提溶液的特征吸光系数ASUVA,254和土壤铵态氮含量均表现为夏季高于春季和秋季,其变化范围分别为3.19～3.94 L.mg-1.m-1和6.1～12.0μg.g-1。在小时间尺度上,土壤活性碳、氮库对土壤含水量变化具有敏感性。水分条件和植物根系活动是影响表层土壤活性碳、氮库动态变化的主要因素,土壤微生物活动起调节作用。