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成都市大气细颗粒物组成和污染特征分析(2012—2013年)_陈源,谢绍东,罗彬

有关颗粒物的研究集中在京津冀地区、中东部的长江三角洲和珠江三研究中成都位于四川盆地的西部( 图 1) ,是成渝经济区两个超大城市之一.受盆地地形影响,成都地面风速甚小,是著名的小风气候区,年均风速在
下载次数:875 浏览次数:890发布时间:2018-05-12 14:25
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近几年,雾霾成为了各城市的受到广泛而持续的关注和报道.高浓度的大气颗粒物,特别是细颗粒物( PM2.5 ) 是导致雾霾天气的直接原因. PM2.5 使 能 见 度 下 降,引起农作物减产( Chameides et al.,1999) ,影响云的形成和全球气候变化( Forster and Taylor,2006) ; 并可通过呼吸系统进入人体,沉积于肺泡,严重危害公众健康( Tie et al.,2009) .针对 PM2.5的严峻污染形势,我国开展了一系列研究,包括颗粒物( Yang et al.,2011; Zhang et al.,2012b) 、颗粒物的来源 解 析 ( Song et al.,2006; Xie et al.,2008;浓度和Zhang et al.,2013) 、典型污染事件下颗粒物特征等( Fu et al.,2008; Huang et al.,2012; Wang et al., 2006; Wu et al.,2007) ,以期更准确掌握其污染特征、降低颗粒物辐射强迫的不确定度.有关颗粒物的研究集中在京津冀地区、中东部的长江三角洲和珠江三研究中成都位于四川盆地的西部( 图 1) ,是成渝经济区两个超大城市之一.受盆地地形影响,成都地面风速甚小,是著名的小风气候区,年均风速在 1. 5 m·s-1以下; 不利的大气污染物扩散条件,使得成都城区的颗粒物浓度水平常年处于较高的浓度水平.近十年来,成都的能源消耗的年均增长率达 10%以上,机动车保有量也剧增至 310 万辆,导致污染物排放量大幅增加,城区污染来源复杂.加之,成都气候湿润( 年均相对湿度为 78.5%) 、静风频率高,利于颗粒物停留和二次污染物的生成和转化,常常导致未引起足够的重视.角洲,而经济相对落后的成渝地重污染事件的发生( Wang et al.,2013) .1973—2010年,成都的平均能见度仅为 8.2 km,年霾日数在 200 d 以上,是我国能见度最低的城市之一( Chen and Xie,2013) .目前,针对成都颗粒物组成和污染特征仅有少数报道.王启元等( 2010) 利用 2009 年春季成都的观测数据,识别了机动车排放、地面扬尘和冶区,在以往的组成的空间分布新型灾害天气,金化工对细粒子重金属元素的贡献; Tao指出成都年均 PM2.5浓度达 119 μg·m-3,主要来源是周边的局地排放源,包括钢铁生产、Mo 工业、土壤、 等( 2014b)基于 2011 年观测,获得了成都城区代表性站点的 PM2.5及其组分的浓度数据,并同步收集了观测期间的痕量气体浓度和气象参数,在此基础上系统讨论了成都的细颗粒物的组成和污染特征以及逐月变化趋势,以期为成都 1、4、7 和 10 月的样品分析结果,进一步开展PM2.5的浓度水平,在位于中心城区的四川省环境监测中心站的六楼楼顶站房( CD,104°6' E,30°36' N)布设了长期采样点( 图 1) ,采样口距地面约 28 m.该颗粒物治理工作提供科学依据.监测点位于成都市中心天府广场正南方向 3.6 km处,周边主要为住宅区和商业区,邻近城市主干道达 1 年的颗粒物外场观测.于 2012 年 5 月—2013 年5 月,利用武汉天虹的 TH-16A 四通道大气颗粒物采样器每 6 d 采集 1 次颗粒物样品; 采样时间为当日的 10: 00 到次日 10: 00,采样器各通道的流量为16.7 L·min-1 ; 每次采集的 3 个 PM2.5 样品和 1 个 PM10 样品,各通道所使用的采样膜、所采集的样品及分析目的见表 1.Teflon 膜和石英膜的平衡和前处理方法见 Chen 等( 2014) .人民南路,交通流量较大,人口密集,可作为典型城主要包括 Na+、NH+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO24-、NO- .采样后的 Teflon 膜经超纯水超声萃取和 0.45 μm 水系微孔滤头过滤后,采用 Dionex ICS 2000 离子色谱进行分析.阳离子分析使用 CS12A 分析柱和 CG12A保护柱,淋洗液为 20 mmol·L-1的甲基磺酸溶液.阴离子分析柱为 AS11-HC,保护柱为 AG11-HC,淋洗液为 30 mmol·L-1 的 KOH 溶液.实验标准曲线的相压环去除,放入消解罐中,加入浓酸混合液( 5%的HNO3、38% HCl 和 HF) ,置于炉中微波消解; 待消解液冷却后转移至 PE 样品瓶中,定容至 100 mL 左右,采用 Agilent 7500c 电感耦合等离子体质谱仪( ICP-MS) ( Agilent Technologies Co. Ltd,USA) 进行无机元素浓度分析.分析使用的标准样品为国家土壤标准样品 GBW07403( GSS-3) .2.3.3 有机碳 /元素碳分析 样品中有机碳( OC)和元素碳( EC) 分析采用 Sunset 实验室的光热透射法( TOT) 碳分析仪.其原理为: 将铳子铳下的石英膜放置在加热炉中,在通入 He 载气的无氧条件下逐级升温,挥发出的碳被认为是 OC ( Chen et al., 2014) ,同时有一部分 OC 被炭化为 EC ( 裂解碳,PC) ; 切换载气为 98%He /2%O2,逐级升温,此阶段挥发的碳被认为是 EC.挥发出的含碳组分被还原为甲烷,并经由火焰离子检测器( FID) 进行检测( Chow在整个过程都有一束激光打在石英膜上,其透射光随着 OC 的炭化而减弱; 随着 He 切换成 He /O2和 EC 的氧化分解,透射光强度逐渐增强; 当恢复到最初的透射光强的时刻认为是 OC 和 EC 分割点PM2.5、SO2、NOx 和 CO.气象数据来自美国国家气候数据中心 ( NCDC,http: / /www. ncdc. noaa. gov /) ,包括能见度、温度、湿度、风速、风向、气压等参数.气溶胶光学厚度( AOD) 的区域分布来自 MODIS( 中分辨率成像光谱仪) 的遥感数据 ( http: / /disc. sci. gsfc.采样期间 PM10、PM2.5及其组分浓度的时间变化序列见图 2.2012 年 5 月—2013 年 5 月,成都城区的PM10浓度范围为 36.7 ~ 375.3 μg·m-3,平均浓度为( 129.7 ± 76. 4) μg·m-3 ; PM2.5 的浓度范围为 26. 2 ~268.4 μg·m-3,平均浓度为( 91.6 ± 54.3) μg·m-3 . 以国家空气质量二级标准( GB3095—2012) 作为评价,采样期间有 52.5%的样品 PM2.5浓度超过了日均值75 μg·m-3的限制,有 9 d 的 PM2.5浓度在150 μg·m-3( 261.0 μg·m-3 ) 导致各组分浓度增加,但各组分在PM2.5中的比重并无明显变化. SNA 中,硝酸盐和铵盐比例稍有增加,而硫酸盐比例下降; 相比硫酸盐,成都冬季高湿度、低温的静稳天气更利于 NH4 NO3的生成和存在.

 

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