华北平原灰霾天气下大气气溶胶的单颗粒分析

为分析灰霾期间单颗粒气溶胶化学组成和混合状态,于2014年12月9日—2015年1月10日,使用单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）表征华北平原郑州市中牟县的气溶胶颗粒.结果表明:灰霾期（H1:20141213T19:00—20141215T10:00;H2:20150102T10:00—20150106T03:00）和清洁期（C1:20141215T18:00—20141217T18:00;C2:20141231T16:00—20150101T20:00）大气颗粒物种类相同,主要分为有机碳（OC）、元素碳（EC）、生物质燃烧颗粒（BB）、元素碳有机碳（ECOC）、钾二次颗粒（K-Secondary）、矿尘（Dust）以及重金属颗粒（HM）7类.C1时间段,ECOC颗粒占比最高,占总颗粒数的49.8%;其次是OC和EC颗粒物,二者分别占总颗粒数的16.5%和10.8%.H1时间段,K-Secondary颗粒的占比（31.3%）最高;其次是OC和EC颗粒,二者分别占总颗粒数的23.1%和20.2%.清洁期与灰霾期质谱差分结果表明,清洁期颗粒物中含有C₃H+、C₄H₃+、C₅H₃+等有机碳碎片峰,而灰霾期颗粒物中NO₃-、HSO₄-、NO₂-等组分的信号强度显著大于清洁期.混合状态分析表明,从清洁期到灰霾期的过程中,主要颗粒物与NO₃-和HSO₄-的混合程度显著增强.清洁期与灰霾期单颗粒化学组成与混合状态的对比分析表明,清洁期新鲜排放的含碳气溶胶在灰霾期不断老化,单颗粒中二次无机组分增加,气溶胶整体老化严重.此外,灰霾期（H2）EC颗粒占总颗粒数的比例增至18.1%,并且与NO₃-、HSO₄-二次组分的混合状态增强,使平均能见度降低为4.0 km.研究显示,郑州大气能见度主要受化学组分、颗粒物混合状态和污染物质量浓度的影响.      

两种典型污染时段鹤山市大气细颗粒污染特征及来源

PM_2.5和O₃浓度超标是我国大气污染的主要特征,研究两种典型污染时段的细颗粒化学组成、混合状态和来源对治理大气污染具有重要意义.2016年11月10—20日广东省鹤山市先后出现了PM_2.5和O₃超标的污染事件.污染期间,采用SPAMS（单颗粒气溶胶质谱仪）对细颗粒进行实时采样分析,共采集到有正负化学组成信息的颗粒422 944个,占总颗粒数的19.2%.基于单颗粒质谱数据特征,使用自适应共振神经元网络算法（ART-2a）,对单颗粒数据进行自适应分类.颗粒物划分为OC（有机碳）、EC（元素碳）、ECOC（元素-有机碳混合）、HOC（高分子有机碳）、Pb-rich（富铅）、Si-rich（富硅）、LEV（左旋葡聚糖）、K-Secondary（钾二次）、Na-rich（海盐）和HM（重金属）颗粒共10类.结果表明:两个PM_2.5污染时段EC颗粒和K-Secondary颗粒的占比高,EC颗粒分别占46.5%和61.1%,K-Secondary颗粒分别占14.3%和10.3%;O₃污染时段EC颗粒占比（39.4%）最高,其次是OC颗粒占比17.0%;两种污染时段OC组分与HSO₄-和NO₃-的混合程度都有明显的上升,说明污染有利于有机气溶胶的老化.由源解析结果可知,PM_2.5污染时段,细颗粒主要来源于燃煤、机动车尾气和扬尘,而O₃污染时段细颗粒主要来源于燃煤、生物质燃烧和扬尘;此外,两种污染时段燃煤源对细颗粒的贡献都有较大提升.研究显示,控制燃煤源的排放对污染物的降低有着重要影响.      

沙尘暴期西安大气颗粒物化学组成及吸湿性能小时变化特征

于2013年3月9—12日沙尘暴时期,在西安市运用大流量大气采样器进行每小时1次TSP样品采集,对其进行有机碳(OC)、元素碳(EC)、无机离子及吸湿性能分析,同时利用ECOTECH公司EC系列气体监测仪,在线监测NO_x、SO_2及O_3等污染气体,研究沙尘暴期间城市大气颗粒物化学演化特征,探讨硫酸盐、硝酸盐、铵盐及钠盐等主要无机盐的来源、形成机制及其对颗粒物吸湿性能的影响。结果显示:此次沙尘暴期间有两次沙尘峰值过境西安,TSP小时浓度最高分别达到7527μg·m~(-3)和3200μg·m~(-3),同期SO_4~(2-)分别为180μg·m~(-3)和38μg·m~(-3)。沙尘暴初入西安时NO_3~-与NH_4~+浓度较低,其后,二者以1:1的摩尔比同步渐增,至沙尘过后第48小时(即非沙尘期)达最大值(分别为34μg·m~(-3)和8.7μg·m~(-3))。整个观测期间,SO_4~(2-)均与Ca~(2+)、Na~+等强线性相关,沙尘期SO_4~(2-)、Cl~-与Na~+的相关系数大于0.95,NH_4~+与NO_3~-的相关系数沙尘期为0.78。除O_3外,CO、NO_x、SO_2等污染气体的浓度变化趋势均是在沙尘过境后逐渐升高。在沙尘期间Na~+离子主要是以NaCl和Na_2SO_4的形式存在。而在整个观测期,SO_4~(2-)和Cl~-主要以NaCl、Na_2SO_4和CaSO_4的形式存在,其来源是戈壁上的干涸湖泊中的岩盐、芒硝、石膏和钙芒硝等矿物;但NH_4~+和NO_3~-主要来源于沙尘颗粒表面的非均相反应,并以NH_4NO_3的形式存在。由于TSP样品水溶性组分中大部分是无机离子,因此样品水溶性组分显示出了一定的吸湿性,整个观测期其吸湿增长因子变化范围为1.27~1.44。