张家口市沙尘天气过程气溶胶单颗粒特征研究

利用单颗粒气溶胶质谱仪对张家口市2015年春季的一次典型沙尘过程进行了监测,分析了沙尘过程对当地大气颗粒物成分的影响。结果表明,监测期间的颗粒物类型主要分为8种:矿物质(MD)、左旋葡聚糖(LEV)、元素碳(EC)、有机碳(OC)、混合碳(ECOC)、重金属(HM)、富钾(K)、其他(Other)。对比沙尘天气来临前、中、后3个时段,随着沙尘天气的来临,本地大气颗粒物成分发生较大变化,矿物质、左旋葡聚糖等成分含量升高,而有机碳、重金属等成分含量下降,其中矿物质在PM10峰值时段小时比例高达27.8%;沙尘天气期间,由于矿物质颗粒占比增加,使得总颗粒物的粒径分布向0.9μm以上的粗粒径段偏移;此外,沙尘天气期间的颗粒物各成分与二次组分的混合程度相较非沙尘天气时段的低,说明其老化程度相对较低。     

广州地区典型灰霾过程及不同天气类型下边界层高度研究

利用2013年9月—2014年11月广州地区激光雷达观测结果,使用小波分析反演边界层高度(PBLH),通过归一化后向散射信号(NRB)的小波分解对小波分析中直接影响PBLH识别的尺度因子a进行了选取.并以2014年1月发生的一次灰霾过程为例,对灰霾过程的PBLH等边界层特征进行了分析,并对边界层垂直结构进行了初步探究.同时,利用自组织映射神经网络(SOM)进行了天气分型,对整个观测时段激光雷达反演的PBLH与天气型之间的关系进行了统计.结果表明,通过对NRB廓线的小波分解,小波分析尺度因子a取300较为合适.灰霾过程中PBLH均存在日变化.从平均结果来看,PBLH最高值出现在13:00,为850 m;最低值出现在5:00,为483 m.灰霾过程PBLH与PM_(2.5)之间呈显著负相关(r=-0.62,p0.01),风速与PM_(2.5)之间也呈显著负相关(r=-0.39,p0.01).对流边界层平均高度约为稳定边界层的1.5倍,峰值高度约为稳定边界层的3倍.低压天气系统控制下灰霾天气出现的概率较低,对应的PBLH明显较高,峰值高度在1200～1600 m,日间边界层发展极为明显.而高压天气系统控制下边界层发展容易受到抑制,峰值高度均低于1000 m.     

广州市夏季VOCs对臭氧及SOA生成潜势的研究

2016年7月在广州城区开展了27d的大气VOCs在线监测,共得到73种VOCs,总浓度均值为40.07×10^-9.其中烷烃占比55.17%,芳香烃占比15.42%,烯烃占比12.14%,氯代烃占比8.79%,乙炔占比3.97%,OVOC占比3.72%,乙腈占比0.79%.采用臭氧生成潜势（OFP）和OH自由基消耗速率估算了广州城区夏季VOC大气化学反应活性,结果表明芳香烃和烯烃是最主要的活性物种;VOCs的关键活性组分是甲苯、反-2-戊烯、间/对二甲苯、1,3-丁二烯、异戊二烯等.采用气溶胶生成系数法（FAC）估算了VOCs对二次有机气溶胶（SOA）的贡献,结果显示芳香烃、烷烃、烯烃分别占总SOA生成潜势量的95.54%、2.5%、1.95%,甲苯、间/对二甲苯、乙苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯是对SOA生成贡献最大的前5个物种.     

基于SPAMS的天津市夏季环境受体中颗粒物的混合状态及来源

天津位于京津冀区域,近年来面临的颗粒物污染问题受到广泛关注,研究其大气环境中颗粒物的化学组成及来源具有重要意义.为明确天津市夏季环境受体中颗粒物的混合状态及可能来源,于2017年7月利用单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)在津南区采集到成功电离有粒径及完整质谱信息颗粒209 887个,利用ART-2a对有质谱数据的颗粒按照质谱特征的相似性进行聚类共获得369个颗粒物类别,随后按照类别的化学组成(质谱谱图)的相似性进行人工合并获得19个颗粒物类别,包括:K-EC(0.20%)、K-EC-Sec(0.18%)、K-NO_3-PO_3(12.00%)、K-NO_3-SiO_3(2.98%)、K-Sec(0.16%)、EC(39.60%)、EC-Sec(3.46%)、EC-HM-Sec(3.93%)、HEC(1.49%)、HEC-Sec(1.38%)、OC-Amine-Sec(3.58%)、OC-Sec(0.36%)、OCEC-Sec(0.71%)、Dust-HEC(21.35%)、Dust-Sec(0.72%)、Cl-EC-NO_3(1.22%)、Na-Cl-NO_3(3.20%)、HM-Sec(2.58%)和PAH-Sec(0.90%)颗粒.得到的各个颗粒类别可归因于气溶胶颗粒的不同来源及不同的传输和反应过程,综合分析采集到的颗粒贡献源主要包括机动车排放源、生物质燃烧源、工业排放源、扬尘源、燃煤源和二次源等.其中K-EC、EC、HEC和Dust-HEC等颗粒主要来自一次源直接排放,K-Sec、OC-Amine-Sec、OC-Sec、OCEC-Sec和Na-Cl-NO_3等颗粒大都是一次源排放颗粒经历了不同程度的老化或与二次组分进行了不同程度的混合.     

广州塔的高空HONO观测及其对大气氧化性的影响

HONO作为羟基自由基(·OH)的主要前体物而受到广泛关注,近几十年开展了大量观测,但高空观测较为稀缺,尤其在珠三角地区尚未开展.本研究于2020年8月在广州塔450m平台开展了HONO及相关参数的测量,结果表明:450m高空HONO平均浓度为(1.32±0.63)μg·m^-3,呈日间低、夜间高的日变化特征.日间地面相关来源(机动车排放、NO₂非均相转化)在传输过程中光解损耗,约有56%到达高空.此外,均相反应、气溶胶表面的非均相转化、硝酸盐光解等原位反应也都无法解释观测到的HONO浓度.因此,还需要其他来源来平衡HONO收支.高空450 m处HONO对·OH的贡献在上午远大于O₃,对光化学过程的启动具有重要作用,在全天对·OH的贡献也与O₃相当.可见,城市地区HONO对大气氧化性的影响不局限于地面,而可能贯穿下半个边界层.     

基于PMF的武汉市大气细颗粒物消光来源解析

利用武汉2020年7月(夏季)和10月(秋季)的在线观测数据,同时将颗粒物的光学参数和化学组分数据输入正定矩阵因子分解(PMF)源解析模型,对PM_2.5消光系数的源贡献进行定量解析.研究发现,对吸收系数贡献较大的源为机动车(66.3%)和工业源(14.2%),对散射系数贡献较大的源为以硝酸盐为主的二次无机盐Ⅰ(38.4%)和机动车(27.0%),光散射的源贡献率呈现出明显的季节变化,二次无机盐Ⅰ在夏季(14.6%)的贡献较秋季(47.4%)显著降低.消光系数源贡献方面,夏季机动车(37.2%)和以硫酸盐为主的二次无机盐Ⅱ(21.2%)对消光的贡献较大,而秋季主要的消光源为二次无机盐Ⅰ(44.7%)和机动车(26.7%).最后,还获取了几个重要源的波长吸收指数(AAE)值:机动车(0.96)、工业源(1.04)、扬尘(1.39)、生物质燃烧(2.24).     

我国典型细颗粒物排放源单颗粒质谱特征对比研究

针对现有污染源单颗粒质谱成分谱较少且缺乏对比总结的问题,本论文收集了工艺过程源、扬尘源、机动车尾气源、燃煤源和生物质燃烧源的单颗粒质谱图数据,使用聚类算法分析了各源类单颗粒物的主要化学组成特征的差异性.结果表明工艺过程源和燃煤源颗粒物均含有OC类、矿物质类、EC类、重金属类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类、OCEC类,但各颗粒类型的占比有明显差异,燃煤源中EC类占比明显高于工艺过程源而重金属类占比低于工艺过程源.生物质燃烧源主要由OC类、其他有机物类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类和OCEC类组成.扬尘颗粒的主要类型为矿物质类.从单颗粒化学组成上看,工艺过程源排放的有机颗粒中OC常与SO₄^2-内混,元素碳颗粒中EC与NO₃^-或SO₄^2-内混.燃煤源排放的碳质颗粒中EC、OC成分往往与NO₃^-和SO₄^2-或者单独与SO₄^2-...     

基于SPAMS探究南京市秋季大气中含草酸重金属颗粒的混合状态

草酸是大气环境中重要的二羧酸,可以与多种非吸湿性的多价金属形成草酸-金属络合物,并对生物健康和大气环境产生重要的影响. 众所周知,光化学反应可以促进草酸的形成. 然而,考虑到草酸与重金属（Heavy Metals, HMs）潜在的络合反应,草酸与HMs颗粒的混合态目前尚不完全清楚. 本研究利用单颗粒气溶胶质谱仪对南京市大气中含有草酸的HMs （Fe、Cu、Pb、Zn） 的粒径和化学组成进行了分析. 结果表明,与采样期间获得的整体颗粒相比（17.16%）,HMs中草酸的数分数（Number fractions, Nfs）更高（29.88%）. 草酸在各类HMs中的Nfs值分别为20.84% （Fe）、45.59% （Cu）、37.16% （Pb）、36.51% （Zn）. 此外,草酸与Cu （ r = 0.53 ）、Pb （ r = 0.55 ）和Zn （ r = 0.79 ）之间存在良好的相关性,这可能归因于它们在环境中可以形成草酸-重金属配合物. 值得注意的是,Fe与草酸在白天（r = 0.29）和夜间（r = 0.71）的相关性差异明显,这可能是因为Fe-草酸配合物在白天发生光解和Fe驱动的Fenton反应有关. 此外,气溶胶酸度（Relative acidity, Ra）和相对湿度（Relative humidity, RH）对形成草酸-重金属配合物也有影响. Ra的增强可能抑制草酸-重金属配合物的形成. 当RH > 70%时,RH增大可能促进草酸-重金属配合物的形成. 本研究为评估草酸在HMs中的增强提供了一些参考依据,同时提高了我们对大气环境中存在的草酸汇的认识.     

广州旱季双高污染及消光系数垂直分布特征

利用2017年12月6日～2018年1月3日地面常规气象资料、空气质量6参数、光化辐射资料、气溶胶吸收和散射系数、单次散射反照率、激光雷达反演的气溶胶消光系数与退偏比数据,分析广州地区气象参数变化对污染物浓度的影响和气溶胶对光化辐射的衰减,研究双高(高气溶胶与高O3)污染的形成机理,并从垂直角度探究了双高日边界层内消光...     

广州市冬季一次典型臭氧污染过程分析

为探究广州市2020年冬季（1月）一次臭氧污染过程,分析了气象条件对臭氧污染产生的影响;运用臭氧生成潜势（OFP）和正交矩阵因子分解法（PMF）分析了影响臭氧的主要挥发性有机物（VOCs）物种和来源;通过经验动力学建模方法（EKMA）识别了臭氧生成控制区,并提出了相应的前体物减排策略.结果表明,本次臭氧污染过程中同时出现了NO₂超标,并且PM₁₀和PM_2.5浓度也处于高位,体现出和夏、秋季不同的大气复合污染特征;夜间边界层高度低（<75 m）和大气稳定度高加剧了臭氧前体物和颗粒物的累积,日间温度升高约5℃、太阳辐射增强约10%和水平风速小（<1 m ·s^-1）等气象条件加剧了光化学反应,促进了臭氧和颗粒物的生成.冬季VOCs组分以烷烃为主（占比为68.2%）,且烷烃和炔烃占比较其他季节更高,但芳香烃（二甲苯和甲苯）和丙烯是臭氧生成的关键VOCs物种;源解析结果显示,VOCs的主要来源为汽车尾气（22.4%）、溶剂使用（20.5%）和工业排放（17.9%）,其中溶剂使用的OFP最高;臭氧本地生成主要受VOCs控制,前体物VOCs和NO_x按比例3 ：1进行削减较为合理.研究探索了冬季臭氧污染的成因,为开展重污染季节O₃和PM_2.5协同控制提供科学支撑.