我國典型地區(qū)大氣顆粒物測量技術、粒徑分布及長期變化趨勢.pdf

1、大氣顆粒物是我國最主要大氣污染物之一，其對人體健康、大氣能見度、大氣化學和輻射平衡、全球氣候變化等都具有重要的影響。本研究通過在我國北京、山東濟南和湖南衡山地區(qū)進行的大氣顆粒物強化觀測，以及香港地區(qū)大氣顆粒物長期觀測的資料分析，有針對性地研究了我國大氣顆粒物測量技術、粒徑分布特征和長期變化趨勢。
　　 利用2007年冬季和2008年夏季在濟南城區(qū)和北京近郊區(qū)開展的野外觀測，針對PM2.5硫酸鹽和硝酸鹽的采樣分析技術，對傳統(tǒng)膜采樣

2、系統(tǒng)(RAAS)、溶蝕器膜采樣系統(tǒng)(HCD)、顆粒物分級采樣系統(tǒng)(MOUDI)和在線水溶性離子分析系統(tǒng)(AIM)的測量表現進行了評估。考慮到溶蝕器膜采樣系統(tǒng)的測量誤差最小，本研究將HCD的測量結果作為對比基準。結果表明，AIM系統(tǒng)經過改進以后，在兩個站點對硫酸鹽和硝酸鹽的測量均表現很好。對于傳統(tǒng)(非溶蝕器)膜采樣系統(tǒng)，其對硫酸鹽的測量表現良好，而對硝酸鹽的測量表現則與采樣膜的種類以及大氣顆粒物濃度有關：用石英膜采樣時，硝酸鹽的整體測量誤

3、差很?。挥锰胤埬げ蓸訒r，在高濃度硝酸鹽環(huán)境下(大于10μg/m3)的測量誤差較小，但在低濃度硝酸鹽環(huán)境下(小于10μg/m3)則存在非常嚴重的揮發(fā)損失(～75％)。顆粒物分級采樣系統(tǒng)在用鋁膜進行采樣時，夏季高溫的天氣條件會造成比較嚴重的硝酸鹽揮發(fā)損失(50-70％)?？紤]到鋁膜在顆粒物分級采樣系統(tǒng)中的廣泛使用，其在采樣過程中半揮發(fā)性物質的揮發(fā)損失需要引起格外重視。
　　 通過2008年夏季和2009年春季在北京城區(qū)和衡山山頂開

4、展的大氣污染強化觀測，探明了兩個地區(qū)的大氣顆粒物數濃度及粒徑分布特征，并計算了兩個地區(qū)大氣新顆粒物成核及成長速率。北京地區(qū)的顆粒物數濃度較高，其峰值出現在艾根核模態(tài)，衡山地區(qū)的顆粒物數濃度很低，其峰值出現在艾根核模態(tài)和積聚模態(tài)。衡山地區(qū)自由對流層(夜間)顆粒物的平均粒徑分布呈現較為明顯的單峰特征，峰值出現在積聚模態(tài)(100-200nm之間)。氣團的傳輸路徑對自由對流層內的顆粒物粒徑分布具有一定的影響：在大陸氣團的影響下，顆粒物呈現明顯的

5、雙峰分布特征，兩峰值分別出現在艾根核模態(tài)(約40-60 nm之間)和積聚模態(tài)(約100nm左右)；在區(qū)域氣團的影響下，顆粒物呈現單峰分布特征，峰值出現在積聚模態(tài)(100-200 nm之間)，但其數濃度較大陸氣團相對較低。兩個站點均觀測到較為頻繁的新顆粒物生成及成長事件，北京地區(qū)新粒子生成事件概率為40％，衡山地區(qū)新粒子生成事件概率為27％。北京地區(qū)的第一類新粒子生成事件的成核速率介于0.48-2.47(均值為1.01)＃/cm3/s，顆

6、粒物增長速率為4.9-19.8(均值為7.7)nm/h。衡山地區(qū)的第一類新粒子生成事件的成核速率介于0.11-0.55(均值為0.34)＃/cm3/s，顆粒物增長速率為2.7-16.7(均值為7.7)nm/h。
　　 通過分析香港城市地區(qū)大氣顆粒物(5個站點)及降水(2個站點)14年(1995-2008)的觀測資料，研究了香港地區(qū)大氣顆粒物化學成分及降水酸度的長期變化趨勢和季節(jié)變化特征。結果表明，1995-2008年期間，香港城

7、市地區(qū)大氣顆粒物PM10硫酸鹽、硝酸鹽、As、Cd、Cr和Zn均呈現不同程度的上升趨勢，上升速率分別為0.25μg/m3/yr、0.064μg/m3/yr、0.14μg/m3/yr、0.04μg/m3/tr、0.054ng/m3/yr和9.0 ng/m3/yr。降水pH則呈現顯著的下降趨勢，下降速率為0.013/yr。香港地區(qū)大氣顆粒物主要水溶性離子和重金屬元素的季節(jié)變化主要受到亞洲季風的影響：最高值出現在冬季(12月或者1月份)，最低

8、值出現在夏季(6-7月份)。通過后向氣流軌跡的聚類分析，本研究探明了香港地區(qū)的氣團傳輸特征。對比中國內地SO2和NOx排放趨勢與香港地區(qū)東部中國氣團(East China air mass)中硫酸鹽和硝酸鹽濃度的變化趨勢，發(fā)現香港地區(qū)大氣硫酸鹽的變化趨勢主要受到中國內地長距離傳輸的影響，而大氣硝酸鹽則受到本地污染排放和長距離傳輸的共同影響。另外，香港地區(qū)的PM10質量濃度、重金屬和降水酸度也在很大程度上受到中國內地排放的影響。因此建議香

9、港政府在制定未來大氣污染控制對策時，需要考慮到長距離傳輸的影響。
　　 利用2008年北京奧運期間在北京上風向、城區(qū)和下風向三個站點同時開展的加強綜合觀測，研究了奧運空氣措施及區(qū)域傳輸對北京空氣質量的影響。結果表明，北京地區(qū)對污染排放的長期控制措施和奧運期間短期控制措施都有效的降低了一次污染物的濃度，特別是與汽車相關的氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機物(VOCs)的下降尤為明顯，但是對臭氧、硫酸鹽和硝酸鹽等二次污染物的控制措施并不

10、理想。奧運期間有利的天氣條件(多降水，低溫，北方氣流頻繁)是空氣質量良好的一個重要原因。后推氣流軌跡和風向資料顯示華北地區(qū)的區(qū)域傳輸對北京地區(qū)空氣污染有重要貢獻。觀測期間的臭氧污染事件中，區(qū)域傳輸貢獻了北京臭氧峰值的34％-88％，CO峰值的69％-91％。酸雨的觀測數據表明，針對空氣(干)污染而制定的單一污染物控制政策可能會給酸雨問題帶來一定的負面影響，尤其是對于大氣中堿性顆粒物濃度較高的我國北方地區(qū)。這些結果說明現階段施行的污染物的