天津市区夏冬季环境空气PM2.5中碳组分污染特征及来源研究

为了明确天津市区环境受体PM_(2.5)中碳组分的污染特征及来源,本研究分别于2016年2月(冬季)和8月(夏季)在天津市区设置6个采样点位同步采集PM_(2.5)样品,采用热光反射法测定样品中各个碳组分(OC1~OC4、EC1~EC3和OP(裂解碳))的含量,并计算得到OC、EC、CharEC和Soot-EC,以定性识别大气颗粒物中碳组分的来源.结果表明,夏季PM_(2.5)中OC平均浓度为(7.5±3.0)μg·m-3,占PM_(2.5)的11.7%±4.1%;而冬季相比于夏季OC的浓度和占比均有增加,分别为(13.1±7.0)μg·m-3和13.9%±2.8%.夏季和冬季EC浓度分别为(4.0±1.8)μg·m-3、(4.3±2.4)μg·m-3,占PM_(2.5)的6.1%±2.0%和4.6%±1.2%.OC与EC的相关性在夏季(r=0.83,p0.01)和冬季(r=0.96,p0.01)均显著,而冬季CharEC与OC(r=0.94,p0.01)、EC(r=0.98,p0.01)相关性明显高于夏季(OC:r=0.44,p0.01;EC:r=0.45,p0.01).PM_(2.5)中OC/EC平均值在夏季和冬季分别为1.9和3.0,估算得到夏季SOC为(2.6±1.4)μg·m-3,占OC的33.5%±13.6%;冬季为(3.5±2.5)μg·m-3,占OC的26.6%±12.0%.夏季Char-EC/Soot-EC为6.5,高于冬季(4.9),并且空间差异性显著(t检验,p0.05).正定矩阵因子模型(PMF)解析结果表明,天津市区大气PM_(2.5)中碳组分主要有4类来源:燃煤及生物质排放混合源、柴油车、汽油车、道路尘,对夏季PM_(2.5)中碳组分分担率分别为35.4%、16.4%、20.5%、14.4%;对冬季碳组分分担率分别为41.3%、15.5%、18.1%、16.3%.可见,燃煤和机动车是天津市区PM_(2.5)中碳组分的主要来源.     

天津不同气团来向PM2.5中组分和污染源贡献的季节变化

利用基于新型多点位三维受体模型和后轨迹所构建的来向解析技术（SDA）,探讨了天津市内陆和近海点位的不同季节不同来向气团载带的颗粒物浓度、组分和源分担率特征,并定量计算了不同来向污染源对受体点位的贡献大小.整体上,渤海来向的气团相对清洁（97.1μg/m³）,气团占比较大（23.7%）;内蒙-河北-北京-天津来向气团载带的PM_2.5浓度高（197μg/m³）,但气团占比小（内陆点位春冬季分别为12.5%,11.9%,近海点位春冬季分别为8.6%,10.7%）,对PM_2.5的综合影响较小.近海点位春夏秋冬季对PM_2.5分担率最大的污染源分别为：SSW来向地壳源（12.8%）、SE来向硫酸盐+SOC（二次有机碳）（9.8%）、WSW来向燃煤源（10.3%）、WNW来向硫酸盐+SOC（12.1%）.内陆点位分别为SSW来向地壳源（14.5%）、S来向硫酸盐+SOC（13.5%）、SSW来向机动车源（8.9%）、WNW来向硫酸盐+SOC（9.5%）.     

我国中西部典型城市PM2.5中痕量金属的时空分布特征和健康影响

为研究我国中西部地区大气细颗粒物中的痕量金属区域分布、季节分布特征以及健康风险,在西安、乌鲁木齐、洛阳以及兰州四城市布点采样,利用ICP-AES（电感耦合等离子体原子发射光谱仪）测定了PM_2.5中9种痕量金属（V、Cr、Cd、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb）的质量分数.结果表明：在痕量金属的时空分布特征方面,各城市主导痕量金属存在差异,西安、乌鲁木齐、洛阳以及兰州的主导痕量金属为Mn、Zn、Pb、Pb,除了主导痕量金属,对于单个金属,其空间分布及季节分布都存在差异;利用分歧系数法分析了城市间颗粒物中痕量金属的组成,洛阳与其他城市颗粒物中痕量金属的CD值在0.4左右,表明洛阳与各城市颗粒物中痕量金属的组成有很大差异,而西安与乌鲁木齐、兰州两个城市的CD值几乎都小于0.2,则他们组成相似;健康风险评结果显示,颗粒物PM_2.5中的痕量金属Cr对成年人有着显著的致癌和非致癌风险,而且Cd、As对4个城市居民的致癌风险是显著的,Ni对其致癌风险不显著.长期处于该研究环境,对人体健康存在一定健康威胁.此外痕量金属对人体的健康风险也具有季节性,所有痕量金属ILCR值都高于10^-6,尤其是As、Cd、Cr的致癌风险超过了安全水平（10^-4）,尤其是Cr和As春冬季的致癌风险最高.     

菏泽市夏季PM10和PM25中水溶性离子组分污染特征

为分析菏泽市大气颗粒物及其水溶性离子组分特征,本研究于2015年8月期间在菏泽市6个监测点位采集环境受体PM_(10)和PM_(2.5)样品共120个,利用离子色谱法测定颗粒物中水溶性无机离子(SO■、NO~-_3、NH~+_4、Cl~-、Ca~(2+)、K~+、Na~+、Mg~(2+)、F~-),并同步收集气象参数及气态污染物质量浓度等资料.结果表明,菏泽市夏季环境受体中颗粒物质量浓度ρ(PM_(10))和ρ(PM_(2.5))分别为94.5μg·m~(-3)、55.2μg·m~(-3),稍低于国内其他城市,这与各城市经济发展、产业能源结构、气象条件等因素有关.PM_(2.5)/PM_(10)值在0.5—0.8之间,表明菏泽市夏季细颗粒物(PM_(2.5))污染较为严重.但PM_(10)和PM_(2.5)中水溶性离子质量总浓度ρ(WSIs)分别为30.5μg·m~(-3)、17.0μg·m~(-3);质量分数w(WSIs)分别为32.4%、29.6%.其中SO■、NO~-_3、NH~+_4为PM_(10)和PM_(2.5)中主要水溶性离子,3种离子浓度和分别占PM_(10)和PM_(2.5)中总离子浓度的84.3%、88.3%.SO■、NO~-_3、NH~+_4、K~+主要集中在细颗粒物(PM_(2.5))中,Ca~(2+)、Mg~(2+)则广泛存在于粗颗粒物(PM_(10))中.各采样点的PM_(10)和PM_(2.5)中,SO■、NO~-_3、NH~+_4、Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度分布具有空间差异.离子相关性表明,NH~+_4与SO■、NO~-_3相关性均较强,3种离子主要以NH_4HSO_4、NH_4NO_3形式存在.PM_(10)和PM_(2.5)中NO~-_3/SO■值分别在0.41—0.49和0.36—0.47之间,平均值分别为0.46、0.42,表明固定源是菏泽市夏季颗粒物污染的主要污染贡献源.     

杭州市大气颗粒物消光组分的粒径分布特征研究

2010年8月在杭州市朝晖、云栖、杭钢和下沙4个点位采集了不同粒径大气颗粒物样品,并对其主要消光组分的粒径分布特征进行了分析,包括SO42-、NO3-、NH4+、OC和EC等.同时在朝晖点位对多种气态污染物和多个气象要素进行了同步观测,以评估杭州市能见度下降的影响因素.结果表明:PM2.5、RH、SO2和NO2均与能见度呈一定负相关关系.4个监测点位颗粒物浓度变化均呈双峰型,峰值出现在0.4~0.7μm和9.0~10μm粒径段.以3.3μm为粗细颗粒的分界线,不同监测点位PM10中粗、细颗粒所占比例均等.水溶性离子消光组分的浓度大小顺序为:SO42->NH4+>NO3-. SO42-、NO3-和NH4+均显单峰结构,SO42-和NH4+的峰值出现在0.4~1.1μm的粒径段,NO3-峰值出现在5.8~10μm粒径段.OC显单峰结构,峰值出现在0.4~0.7μm粒径段;EC显双峰结构,峰值出现在0.4~0.7μm和2.1~3.3μm范围内.因而,要解决杭州的能见度问题,应减少细颗粒物,尤其是粒径<1.1μm的颗粒物的污染. NO3-、SO42-、OC和EC对杭州市颗粒物消光能力相对贡献率之比为2.2%:13.7%:29.8%:43.8%.因此要有效控制杭州市大气能见度的降低趋势, 首要的就是控制EC的主要排放源,即机动车尾气的排放.     

京津冀地区高空间分辨率土壤扬尘清单构建及动态化方法

土壤扬尘是我国北方地区广泛存在的颗粒物污染来源,由于其分布广、数量大,活动水平获取困难,难以系统构建区域层面的高时空分辨率排放清单,不利于土壤扬尘源的影响评估与管控策略的制定.以2017年为基准年,通过对Landsat 8卫星的30 m分辨率遥感影像解译获取高空间分辨率的土壤扬尘源活动水平,结合空间差异化的土壤质地与气象资料,构建了京津冀地区2017年各季节高空间分辨率土壤扬尘排放清单,结合气象参数,将各季节清单结果合理分配至逐月,并与环境受体观测数据印证了结果的可靠性.结果表明:①京津冀地区土壤扬尘排放源面积比例呈冬季>春季>秋季>夏季的特征,分别为65%、59%、57%与33%.就全年平均而言,张家口市和承德市较高,分别为64%与58%;北京市和天津市较低,分别为42%与43%;其余城市差异不显著.②京津冀地区2017年土壤扬尘排放PM_2.5、PM₁₀和TSP分别为6.5×104、31.0×104和103.4×104 t.③季节尺度上,土壤扬尘排放量呈春季>冬季>秋季>夏季的特征;城市尺度上,邢台市、邯郸市、张家口市及承德市的全年排放较高,廊坊市和秦皇岛市全年排放较低.全年单位面积排放较高值出现在张家口市以及邯郸市和邢台市的西部地区.研究显示,京津冀土壤扬尘排放具有较大时空分布差异,逐月分配清单可为扬尘重点管控月份提供数据支撑,土壤扬尘清单较高的空间分辨率也为城市重点区域差异化管理提供基础.      

天津市冬季气溶胶吸湿因子的粒径分布特征

气溶胶粒径吸湿增长因子［g（RH）］是影响气溶胶消光和气溶胶辐射强迫的重要因素.利用吸湿性串联差分电迁移率分析仪（HTDMA）观测了天津市冬季不同污染状态下气溶胶粒子g_m（RH）的粒径分布.同时基于水溶性离子的粒径分布,利用κ-Köhler理论获取了较宽粒径范围内（60 nm~9.8 μm）的g_κ（RH）,为环境状态下气溶胶光学参数和直接辐射强迫的模拟提供基础.结果表明,清洁状态下大气光化学反应较为活跃,超细粒子（<100 nm）的g_m（RH）较高,g_m（RH=80%）在1.30以上.重度污染天,气溶胶中水溶性离子的质量分数随粒子粒径增大而增加,导致g_m（RH）随着粒子粒径增大而增大,300 nm粒子的g_m（RH=80%）和g_m（RH=85%）分别可达1.39和1.46.在较宽粒径范围（60 nm~9.8 μm）内,不同模态气溶胶的吸湿性强弱表现为积聚模态>爱根模态>粗模态.大气重污染过程中气溶胶粒径明显增大,积聚模态气溶胶中NO₃^-和SO₄^2-含量较清洁天明显增加,受此影响,污染状态下积聚模态气溶胶的吸湿性较清洁天明显增强,g_κ（RH）达到1.3~1.4,具有强吸湿性的气溶胶粒径范围也同时扩大,在0.18~3.1 μm粒径段均较高,对能见度恶化有重要的贡献.     

建筑施工扬尘排放因子定量模型研究及应用

选择天津某建筑施工工地,现场采集大气中PM10、气象、路面积尘及机动车数等数据,并确定施工扬尘排放的主要影响因素.利用FDM模型,计算施工扬尘排放因子,将计算得到的扬尘排放因子和各影响因素进行非线性拟合,建立施工扬尘PM10排放因子定量模型,并结合ISC3模型,模拟计算2003年11~12月间,天津市建筑施工过程中的PM10排放浓度.结果表明,施工产生的PM10平均浓度为20.3μg/m3,占大气PM10浓度的13.3%.     

2013～2020年天津市PM2.5-O3污染变化趋势和影响因素分析

基于2013～2020年高时空分辨率的PM_2.5和O₃在线监测数据以及气象观测数据,利用KZ(Kolmogorov-Zurbenko)滤波耦合逐步回归等技术,对天津市PM_2.5和O₃浓度变化趋势、相互关系和影响因素进行了分析.结果表明,与2013年相比,2020年天津市PM_2.5浓度下降50.0%,O₃浓度上升25.8%.从月际变化来看,与2013～2017年相比,2018～2020年天津市PM_2.5浓度月际间差异逐渐缩小,O₃浓度从4月开始出现明显上升,污染发生时间节点提前.O₃与PM_2.5的相关性呈现明显的季节性分布特征,冬季整体呈负相关,夏季正相关且相关性比其他季节高.不同季节O₃与PM_2.5之间的拟合斜率与相关性系数整体呈正比例关系,拟合斜率与相关性系数的比值逐年升高说明PM_2.5对O_3...     

垃圾焚烧厂排放颗粒物组分粒径分布特征

本研究采用静电低压撞击器(ELPI)采集垃圾焚烧厂排放颗粒物,分析颗粒物中元素和碳组分,对其中OC、EC和重金属元素在14个粒径段的粒径特征进行分析,并建立了垃圾焚烧厂源PM_1、PM_(2.5)和PM_(10)的元素和碳组分成分谱,以期为精细化来源解析提供参考.结果表明,垃圾焚烧厂排放颗粒物的主要组分有Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、OC和EC等(质量分数≥1%),其中OC和Ca的含量较高,在PM_(2.5)中的质量分数分别为10. 15%和12. 37%;重金属含量Cr Pb Zn Mn Cu Cd Ni,其中Cr和Pb在PM_(2.5)中的质量分数分别为1. 83%和0. 74%,Cr在PM_1中的质量分数达到3. 53%; OC在2. 39～3. 99μm和6. 68～9. 91μm这2个粒径段的含量达到峰值,分别占OC总含量的15. 02%和20. 45%,但在细颗粒物中的含量高于在粗颗粒物中的含量,EC在细颗粒物中的含量远高于在粗颗粒物中的含量,在0. 382～0. 613μm粒径段占14. 8%; Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金属元素主要富集于细颗粒中.