冬季南京城区气溶胶化学组分和吸湿性观测

大气气溶胶的吸湿特性改变了颗粒物的粒径、光学性质、云凝结核活性,进而对大气能见度、地面辐射强迫和人体健康产生重要影响。针对长三角腹地城市南京重污染天气频发现象,笔者使用吸湿串联电迁移差分分析仪(H-TDMA)结合在线气体组分及气溶胶监测系统(MARGA)和相关气象数据对冬季南京城区气溶胶吸湿增长特性进行外场观测研究。结果表明:灰霾期间SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+的质量浓度分别为(17.57±9.07)(26.16±11.39)(13.61±6.68)μg/m~3,非灰霾期间为(9.62±3.58)(12.12±7.51)(5.78±3.59)μg/m~3,前者是后者的2倍。水溶性组分质量浓度大小依次为NO_3~-SO_4~(2-)NH_4~+Cl~-K~+Ca~(2+)Na~+Mg~(2+)。其中NO_3~-的贡献最大,占PM_(2.5)的29%,其次是SO_4~(2-)占14%,NH_4~+占8%。其他水溶性组分(Cl~-、K~+、Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+))约占PM_(2.5)的5.9%。SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+的质量浓度没有明显日变化且保持在较高水平。观测期间气溶胶的不同粒径段粒子吸湿增长因子概率密度分布(GF-PDF)均呈双峰,随粒径增大,强吸湿组粒子的吸湿性增大,而弱吸湿组的吸湿性减弱。其中,40 nm粒径段粒子强、弱吸湿增长因子分别为1.335±0.03和1.054±0.008,80 nm粒径段为1.348±0.03和1.053±0.011,40 nm较80 nm粒径段的粒子弱吸湿峰更为明显。灰霾期间粒子的吸湿增长因子分别为1.307±0.08和1.413±0.07,非灰霾期间为1.230±0.03和1.300±0.03。冷锋过境时气溶胶弱吸湿组谱分布没有明显的变化,强吸湿组谱分布明显向弱吸湿方向偏移,吸湿性减弱。灰霾期间和整个观测期间PM_(2.5)的平均质量浓度分别为(87.56±25.87)(69.31±28.75)μg/m~3,灰霾期间主要的二次气溶胶质量浓度占PM_(2.5)的66%,而粒子的平均吸湿增长因子从1.325±0.03降低到1.301±0.07。特殊时段春节期间弱吸湿组粒子的吸湿性增大,而强吸湿组粒子的吸湿性减弱。其中110 nm粒径段粒子强吸湿组吸湿增长因子明显下降,SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+的质量浓度也发生明显下降,吸湿增长因子和水溶性化学组分的变化呈良好一致性。

Observation on the Chemical Composition and Hygroscopicity of Aerosols in Nanjing Urban Area in Winter