四川乡村点新粒子生成特征及其对云凝结核数浓度的贡献

为揭示成渝地区大气复合污染成因,选择乡村点资阳站的冬季,实测了颗粒物数浓度及其粒径谱分布、云凝结核(CCN),在二氧化硫、光解速率(JO1D)实测值基础上估算了新粒子生成的重要前体物气态硫酸的浓度.2012年12月5日到2013年1月5日观测期间,3~582nm颗粒物数浓度水平较高,平均值为(16072±9713)cm-3.颗粒物数谱分布呈现以积聚模态为主体的特征,占总颗粒物数浓度的46%,此比值高于我国北京、上海、广州等城市和珠江三角洲及长江三角洲的乡村点和背景点.在较高颗粒物凝结汇(CS)水平下[(4.3±3.6)×10-2s-1],甄别出7次新粒子生成(NPF)事件,占观测天数的23%.NPF事件发生时,颗粒物生成速率与增长速率分别为(5.2±1.4)cm-3s-1,(3.6±2.5)nm/h. NPF事件对CCN数浓度有明显贡献,NPF发生后CCN数浓度平均增长19%.     

滇东地区土壤剖面氮同位素垂直分异及空间分异特征

选取云南石林县不同土壤类型、不同石漠化等级以及不同人为干扰方式影响下的7处典型的土壤剖面为研究对象,研究了剖面中氮同位素垂直分异及空间分异特征.结果表明,土壤中p H值为3.68—6.07,全部土壤剖面呈酸性,总有机碳(TOC)为0.58—29.25 g·kg~(-1),碳氮比(C/N)为1.33—14.70,δ~(15)N介于1.44‰—14.86‰,在随深度的垂直分异中,受剖面中腐殖质层和硝化反硝化反应的影响,土壤中稳定氮同位素呈现一定的规律性变化.在各个剖面之间的空间分异中,两种不同土壤类型下δ~(15)N值的分散程度均存在轻度石漠化剖面中度石漠化剖面强度石漠化剖面的规律.同时在受人为影响较小的红壤剖面δ~(15)N值大致呈现强度石漠化剖面中度石漠化剖面轻度石漠化剖面的规律.采样区内无论是石灰岩土壤剖面还是红壤剖面δ~(15)N值与土壤理化性质均无显著相关关系.     

华北区域点冬季二次有机气溶胶特征与影响因素

为探明二次有机气溶胶(SOA)的污染特征和影响因素,本研究于2018年11月—2019年1月对华北区域点(德州市郊区点)细颗粒物(PM_(2.5))的化学组成进行了在线测量,并分析了PM_(2.5)中有机碳(OC)、元素碳(EC)和水溶性离子组分的污染特征及PM_(2.5)与气象要素之间的相关性.结果表明,观测期间德州PM_(2.5)污染严重,平均质量浓度为(115.6±24.6)μg·m~(-3);其中,有机碳和元素碳是PM_(2.5)的主要成分,平均质量浓度分别为(8.2±5.8)μg·m~(-3)和(2.6±2.2)μg·m~(-3),占PM_(2.5)总质量的7.1%和2.2%;PM_(2.5)与风速呈负相关,与相对湿度呈正相关,与气温的相关性较差,偏北风对PM_(2.5)浓度影响较大.同时,本研究利用EC示踪OC/EC比值法对PM_(2.5)中的二次有机碳(SOC)进行了估算,通过估算得到的SOC结果表明,华北区域点冬季SOC是OC的重要组成部分,平均浓度为(4.0±2.9)μg·m~(-3),占OC的45.7%,SOC在白天占比较高(62.7%),早晚由于有局地生物质燃烧影响,SOC占比降低,约占OC的42.7%.本研究还分析了SOC生成的影响因素,分析了德州市冬季O_3、含水量、酸度与SOC的相关性.结果表明,SOC受臭氧浓度影响,但在白天和夜晚表现出不同的相关关系,可能存在不同的生成机制.最后,利用ISORROPIA模型估算了颗粒物的含水量和酸度,发现SOC在高含水量和低含水量下存在不同的关系,高含水量更能促进SOC生成;在高含水量下SOC与H~+具有显著相关性,但在低含水量下则不相关,表明颗粒物含水量较高、H~+浓度较高情况下液相酸催化反应可能对SOC具有重要贡献.     

乡镇街道尺度国土“三生”空间功能评价及协调关系

乡镇街道尺度国土“三生”空间功能评价及协调关系研究更面向国土空间优化过程中的人本需求导向和基层精细化治理。研究提出“分维功能评价—协调水平测算—作用方向判别”的整套思路框架。其中,兼顾空间隶属和空间质量双重属性构建“三生”空间功能综合评价指标体系,运用耦合协调模型和双变量空间自相关模型探究功能间协调水平及各自对整体协调的作用方向,并以苏州市为例进行实证分析。结果表明：（1）所构建分析框架、指标体系及技术方法路径具有科学性和普适性特点,能够在乡镇街道尺度有效识别“三生”空间功能分布格局和空间协调关系。（2）在乡镇街道尺度的较高标准约束下,苏州市“三生”空间功能具有较显著城乡差异和区域差异,且“三生”空间功能协调整体水平呈现“大分散、小集聚”的分布特征,协调水平主要受生产、生活空间功能同向作用,生态空间功能的协同作用不足、多呈现反向关系。（3）从城区、乡镇、生态单元等不同空间类型提升“三生”空间综合功能,完善基层国土空间治理的精细化,在更大尺度上实现“三生”空间的整体协调,构建功能复合、风貌相宜、协调共进的国土空间格局。     

PM2.5中类腐殖质表面活性测定方法与实例分析

建立了大气细粒子中类腐殖质（HULIS）表面活性的动态表征方法,并以华北平原乡村站点冬季大气PM_2.5样品为例,对PM_2.5中HULIS的表面活性进行表征.HULIS碳质组分（HULIS-C）浓度为2.0~4.6μg C/m³,占水溶性有机碳和总有机碳的比例分别为31%~40%和20%~26%.浓度为88~200mg C/L的HULIS水溶液,其表面张力相对于纯水降低了18%~22%.HULIS-C浓度在低于70mg C/L时表面张力降低显著,在88~320mg C/L之间降低相对缓慢.动态表面张力随着时间变化逐渐降低,在液滴形成后200s以内表面张力下降迅速,之后趋于平缓,说明表面活性分子在液滴中扩散趋于稳定需要一定的时间,该特征时间可能影响表面活性物质在云凝结核活化时的作用.证实了在污染地区的大气PM_2.5中含有一定量的表面活性物质,这些物质可能对颗粒物活化为云滴、雾滴过程产生显著影响;表面活性物质的存在可能在外界湿度变化过程中导致颗粒物发生液-液相分离现象,在颗粒物表面形成有机膜,影响活性分子摄取以及半挥发性物质的气-粒分配过程,从而影响大气非均相反应过程.     

珠江三角洲地区亚运期间颗粒物污染特征

为研究2010年广州亚运会期间珠江三角洲地区颗粒物污染特征,2010年11月11日—30日分别在广州市区城市点及下风向鹤山区域点采集24h颗粒物样品,对其主要化学组分(有机碳OC、元素碳EC和水溶性离子)进行测量.结果显示,观测期间广州和鹤山PM2.5平均质量浓度分别为(73.3±16.5)μg·m-3和(98.2±20.8)μg·m-3.鹤山PM10平均浓度高达131.6μg·m-3,且PM2.5占PM10的74%,表明区域PM2.5污染凸显.广州和鹤山PM2.5中二次无机离子(SNA)分别占39%和42%,有机物(OM)分别占31%和26%,EC分别占5%和6%.根据EC示踪法粗略估算,广州和鹤山PM2.5中一次有机碳POC分别占15%和13%,二次有机碳SOC分别占4%和3%.总体上,广州和鹤山PM2.5中二次生成(SNA+SOA)均约占50%,表明珠江三角洲地区PM2.5区域性二次污染的特征.广州市区PM2.5及SNA、Cl-和EC明显低于区域点鹤山浓度水平;与2004年同期研究(PRIDE-PRD2004)结果相比,气象条件相似,而广州市区PM2.5及EC浓度分别显著降低达29.6μg·m-3(29%)和3.5μg·m-3(49%),反映出亚运期间一次排放得到有效控制.     

基于质子转移反应质谱(PTR-MS)对北方冬季大气氨的观测研究

氨是大气中广泛存在的碱性气体,已有的研究表明,氨能够参与包括硫酸/水体系的三元成核过程,进而促进新粒子的形成;同时,氨也是大气二次有机气溶胶（SOA）的重要前体物,对二次有机气溶胶的形成具有不可忽视的影响.了解大气中氨的污染情况,实现对大气中氨的高时间分辨率的在线观测,对于研究大气中氨的时空分布及来源解析,进而加深对气溶胶生成机理及气溶胶在大气辐射平衡与气候变化中作用的认识有重要意义.本研究使用一台自主搭建的质子转移反应质谱仪（PTR-MS）,以丙酮作为反应试剂,由电晕放电离子源产生质子化的丙酮反应试剂离子（（C₃H₆O）_nH⁺）（n=1,2）,与大气中的气态氨及其他碱性气体发生质子转移反应后进行质谱检测.丙酮（C₃H₆O）相较于水（H₂O）和乙醇（C₂H₅OH）,具有更高的质子亲和力（PA=194.1 kcal·mol^-1）,对PA较高的碱基化合物的选择性更好,可减少其他物质对四极杆质谱检测结果的影响.本研究在2017年11月9日—2018年1月10日和2018年11月12日—2019年1月2日华北地区气溶胶生成机理综合研究联合外场观测期间,将PTR-MS部署于山东省德州市平原县气象局观测场内,对大气中的氨气进行实时在线观测.结果表明,两次观测的气态氨平均值分别为（5.89±5.27）ppbv和（2.65±2.41）ppbv,均呈现出一个明显的日变化规律,即上午6：00—7：00出现峰值,随后逐渐下降,在下午大约15：00浓度达到最低值,随后上升.结合正交矩阵因子分解法（Positive Matrix Factorization,PMF）模型对当地近地面大气中氨气进行初步的来源分析,发现当地大气中氨气的来源主要是周边农村在冬季大量使用生物质燃料燃烧取暖造成的生活排放和当地交通源排放.两次冬季观测中当地农村取暖等生活排放分别占到66.0%和55.0%;交通排放在两次观测中分别占到27.0%和36.8%;农田土壤释放、畜牧养殖排放和工业排放等其他来源占比较低,分别是6.2%和7.5%;外部传输来源只占到很少一部分,分别是0.8%和0.7%.2018年的冬季观测相较于2017年,氨气浓度总体出现下降,主要来源还是以当地农村冬季生活和取暖燃烧排放为主,但通过相关政策管控,这一污染来源得到改善.     

北京冬季奥运会历史同期大气PM2.5污染特征分析

基于2015~2021年的1~3月北京市大气PM_2.5浓度与化学组成长期观测数据,分析了2022年北京冬季奥林匹克运动会（冬奥会）和北京冬季残疾人奥林匹克运动会（冬季残奥会）历史同期的PM_2.5污染态势、化学组成特征以及潜在源区.2015~2018年的1~3月重污染［日均ρ（PM_2.5）>75 μg·m^-3］天数以及重污染期间PM_2.5平均值下降十分显著,之后这两者未发生明显改变.2018~2021年的1~3月每年平均发生重污染23 d,重污染天ρ（PM_2.5）平均值约为120.0 μg·m^-3.2015~2021年的1~3月超长重污染过程（连续重污染超过5 d）平均每年发生2~3次,其中2021年发生3次,且持续时间最长达到8 d.历年冬奥会历史同期发生重污染的天数为2~9 d,春节期间烟花爆竹大量燃放可能是该时期重污染发生的重要原因之一;冬季残奥会历史同期重污染天数一般为1~5 d,但2021年受频繁出现的静稳天气影响,重污染天数高达9 d.在同时段重污染期间,PM_2.5化学组成均以二次组分为主,例如在PM_2.5可测组分中,2020年NO₃^-质量分数高达46%,较同年清洁天（11%）显著增加;SO₄^2-质量分数为12%~19%,说明当前硫酸盐污染仍不容忽视.北京市1~3月PM_2.5主要贡献区域包括内蒙古自治区中西部、河北省、天津市、山西省、陕西省、山东省中西部和河南省北部.研究结果将为北京市冬季空气质量持续改善以及2022年冬奥会与冬季残奥会期间北京市环境空气质量保障提供科学依据.     

冬季德州市大气颗粒物消光与化学组成关系研究

为了深入探究华北地区冬季大气颗粒物的消光特性和化学组分之间的关系,本研究于2017年11月—2018年1月在山东省德州市平原县对大气颗粒物消光和化学组成进行了连续在线观测.运用多元线性回归方法和MIE散射模型定量分析了颗粒物各化学组成对颗粒物消光的贡献,进一步地,利用高分辨飞行时间气溶胶质谱(HR-ToF-AMS)结合正矩阵因子解析模型(PMF)得出二次气溶胶(OOA)、生物质燃烧有机气溶胶(BBOA)、还原性气溶胶(HOA)、燃煤燃烧排放的有机气溶胶(CCOA)的浓度,并进一步结合线性回归模型得到OOA、BBOA、HOA、CCOA对消光的贡献.结果显示元素碳(EC)是颗粒物吸光的最主要贡献者, OOA、BBOA和CCOA对颗粒物吸光也具有一定贡献,这主要是由于二次生成和一次排放的棕色碳的吸光造成的.颗粒物各组分与散射关系的分析结果表明,有机物对颗粒物散射影响最大,其中OOA的散射截面最大,对颗粒物散射的贡献也最高,可以占到总散射的53.4%.颗粒物中有机物对大气总消光的贡献可达75.5%,其中OOA、BBOA、CCOA和HOA对总消光的贡献分别为47.8%、14.7%、9.0%、4.0%. Mie散射的结果与多元回归结果比较一致,但部分时间段偏差较大,因此在不同的研究中应根据不同情况选择研究方法.     

德州、北京重污染过程PM2.5中PAHs污染特征及来源分析

为探讨华北地区秋冬季重污染过程PM_2.5（细颗粒物）中PAHs（多环芳烃）的污染水平、分布特征及来源,分别采集2018年11月17日—2019年1月19日德州市和北京市PM_2.5样品,利用气相色谱-质谱法测量两个站点6次重污染过程中26种PAHs浓度水平,分析PAHs污染特征、分子组成分布及其来源,并利用毒性当量因子估算了PAHs毒性.结果表明:①6次重污染过程中,德州站点∑₂₆PAHs浓度为62~191 ng/m3,北京站点为61~129 ng/m3.②单位质量PM_2.5中PAHs的浓度北京站点更高.③两个站点PAHs分子组成分布较为一致,萘、蒽、芴等低分子量的PAHs浓度较低,高分子量PAHs浓度较高,浓度最高的分别为苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘、苯并[a]蒽和甲基荧蒽等.④特征比值结果显示,PAHs来源包括柴油车尾气、燃煤和生物质燃烧,德州站点受生物质燃烧影响更为显著.⑤毒性当量计算结果表明,德州站点毒性当量浓度（TEQ）高于北京站点,6次重污染过程中两个站点PAHs的TEQ平均值在6.5~17.2 ng/m3之间,低于国内其他一些地区,但苯并[a]芘的浓度在5.2~13.1 ng/m3之间,超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》日均值的标准限值（2.5 ng/m3）,对人体健康存在潜在危害.研究显示:秋冬季重污染过程中,北京站点单位质量PM_2.5中PAHs的浓度较高,两个点位PAHs分子组成分布特征及来源较为相似,且均对人体健康存在潜在危害;应进一步加强对PAHs浓度水平的控制,这不仅有利于持续改善PM_2.5污染,也有助于减轻人体潜在的健康风险.