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北京冬季气溶胶吸湿性的观测与分析_王轩

北京冬季气溶胶吸湿性的观测与分析_王轩
下载次数:526 浏览次数:997发布时间:2017-11-11 15:55
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北京50 nm 环境气溶胶吸湿生长因子日变化呈现双峰分布和单峰分布2 种规律. 以2009 年12 月9 日为例,描述气溶胶吸湿生长因子日变化双峰分布特征. 由图5 可看出,9日50 nm 环境气溶胶吸湿生长因子日变化呈现较规律性的双峰分布. 9 日凌晨至5 时之间气溶胶吸湿生长因子大,在3 时左右到达峰值. 在5 时至9 时期间环境吸湿生长因子逐渐降低,至9 时左右出现低谷,之后从9 时至12 时生长因子持续增大,在12 时左右出现当日第2 个吸湿生长高峰,之后由中午至19 时左右环境生长因子呈现降低趋势,在19 时左右环境生长因子出现第2 个低谷,从19 时至10 日凌晨环境吸湿生长因子又再次持续上升.根据气象条件8 日至10 日风力较小,大气边界层稳定,导致大气局地污染源排放污染物不能及时扩散,环境空气整体污染程度较重.根据图5显示,50 nm 环境气溶胶吸湿性一日有2 个波峰,分别出现在3 时左右和12 时左右,2个波谷分别出现在9 时左右和19 时左右. 夜间大气边界层降低,污染物不易扩散,可能导致大环境气溶胶吸湿性早晨逐渐增强. 而午间受温度以及光照影响,在空气污染严重而不易扩散的情况下,大气光化学反应增强,对大气环境气溶胶的组份产生影响,导致其吸湿性组份增多,吸湿性增强. 9 时与19时正是北京市机动车出行高峰时段,初步判断环境气溶胶吸湿性日变化中的2 个低谷与机动车流量之间有一定相关性. 对比8 日和10 日观测数据,气溶胶吸湿生长因子变化也呈现类似的双峰分布,初步推测可能与气象条件有关,具体原因有待进一步研究.David 等[20]研究也发现50 nm 环境气溶胶吸湿生长因子最大的时段出现在夜间和黎明前.assling 等[18]在德国莱比锡城城市背景站使用TDMA 系统进行监测,发现50 nm 与150 nm 气溶胶均表现出近憎水性特性,其气溶胶数浓度分数的2 个高峰在时间上与日间的2 个上班高峰一致. 机动车出行高峰时段,气溶胶吸湿生长因子较低,可能与机动车排放气溶胶多为近憎水性气溶胶( OC、EC 含量较高) 有关,S. DUA[21]研究的柴油车排放气溶胶吸湿生长因子为1. 0,没有明显吸湿生长现象. 在Weingartner[22]的研究中也发现柴油车排放气溶胶为近憎水性物质.为进一步探讨环境气溶胶吸湿性日变化特征产生的原因,图6 给出不同时间点气溶胶MDF、R-MDF 和GF-PDF 曲线. 由图6( a) 可见,在9 日2 时气溶胶GF-PDF 为4 峰分布,4个峰值所对应的生长因子分别为1. 05、1. 15、1. 25、1. 35,其中生长因子在1. 05 的近憎水性气溶胶数浓度所占比例较低,而以生长因子在1. 25 左右的弱吸湿性气溶胶数浓度最高,此时如图5 所示,环境气溶胶吸湿生长因子处于峰值. 图6( b) 中9 时GFPDF曲线呈现3 峰分布,其峰值处生长因子分别为1. 0、1. 2、1. 3,按照数浓度比例环境气溶胶以生长因子为1. 0 的近憎水性气溶胶为主,导致此时大气环境气溶胶平均吸湿生长因子较低,出现如图5 所示9 时左右的低谷现象.图6( c) 中9 日12 时GF-PDF 呈现4 峰分布,分别为生长因子1. 05 左右的近憎水性气溶胶,1. 15 ~ 1. 25 弱吸湿性气溶胶和1. 35 左右的强吸湿性气溶胶,其中以弱吸湿性气溶胶所占数浓比例最大,其次为强吸湿性气溶胶,这就导致大气环境气溶胶整体呈现弱吸湿性. 在图5 中出现吸湿生长因子高峰. 图6( d) 所示9 日19 时GF-PDF为3 峰分布,其中以近憎水性气溶胶所占数浓度最高,次之为弱吸湿性气溶胶,这将使得大气环境气溶胶吸湿性呈现以近憎水性气溶胶为主的吸湿性,导致图5 中气溶胶吸湿生长因子出现低谷.通过对12 月9 日的日变化研究,发现一日内出现早晨和傍晚的吸湿生长因子低谷,夜间和中午的吸湿生长因子高峰. 经过分析各时段环境大气气溶胶GF-PDF,发现生长因子在低谷时大气环境气溶胶以近憎水性气溶胶组份为主,在生长因子高峰时以弱吸湿性气溶胶组份为主. 可见影响环境气溶胶吸湿生长因子主要有2 点: 一为环气溶胶的组份( 近憎水性、弱吸湿性或强吸湿性气溶胶) ,二为各组份所占数浓度比例大小.2. 3. 2 吸湿性日变化单峰分布图7 中以2009 年12 月17—20 日为例描北京环境气溶胶吸湿生长因子日变化单峰分布特征,波动形式为凌晨3—5 时左右开始,吸湿性生长因子逐渐降低至中午12 时,中午至次日凌晨吸湿性不断上升,到凌晨0 点到达峰值.图8( a) 为18 日12 时的气溶胶GF-PDF 曲线,显示环境气溶胶吸湿性呈现4 峰分布,其中除近憎水性和弱吸湿性气溶胶外生长因子在0. 9 附近出现一个憎水性峰,使得18 日午间环境气溶胶吸湿性整体呈现近憎水性,图7 中吸湿生长因子出现低谷. 图8 ( b) 为18 日凌晨监测结果,GFPDF为3 峰分布,以生长因子1. 2 的弱吸湿性气溶胶数浓度所占比例最高,此时环境气溶胶吸湿生长因子出现高峰.根据气象条件,17—20 日多有西北风,风力在3 级左右,使得大气边界层较高,大气湍流剧烈,导致污染物易混合均匀又容易扩散. 夜间吸湿生长因子较大,同样可能与大气边界层降低、污染物不易扩散有关. 对比Massling 等[19]研究,中午生长因子的低谷,推测是由于日间大气边界层抬升且风力较大,导致大气混合均匀、污染程度较轻的缘故.

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