上海大气中新粒子形成事件的观测及机理探究

来源 :第20届中国大气环境科学与技术大会暨中国环境科学学会大气环境分会2014年学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:emeng
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  大气气溶胶对地球大气辐射平衡和人体健康等有众多方面有着深远的影响.对大气气溶胶颗粒物的数浓度有着重要贡献的新粒子形成事件已在全球范围内多个地点被观测.成核模态的颗粒物甚至是3nm 以下的颗粒物粒径分布的观测对于研究新粒子形成事件尤为重要.本研究在具有典型污染城市环境的上海市开展了大气新粒子形成事件的长期观测.在本研究中,联合使用一台纳米凝结核计数器系统(nano Condensation Nucleus Counter system,nCNC),一套纳米扫描电迁移率粒径谱仪(nano-Scanning Mobility Particle Sizer,nano-SMPS)和一套宽粒径范围扫描电迁移率粒径谱仪(long- Scanning Mobility Particle Sizer,long-SMPS)对1.34~615.3nm 颗粒物的粒径分布进行观测,获得上海市新粒子形成事件的频次特征和量化特征(如核化速率J1.34 、形成速率J3 、生长速率GR和凝结汇CS等).与此同时,通过二氧化硫浓度和太阳辐射的监测将用于硫酸浓度的估算,氨气的浓度将使用差分吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS)进行监测.通过估算的硫酸浓度的监测的氨气浓度与新粒子形成的核化特征建立定量关系,探究可能的成核机制.目前已经得到冬季(2013 年11月25日~2014年1月25日)观测数据的完整结果.在62日的观测中,判定得到13个新粒子形成日,伴随有3nm 以下的颗粒物的数浓度的急剧增加和新生成粒子的迅速增长.核化速率J1.34 、形成速率J3和凝结汇CS分别为112.4-271.0cm-3 s-1,2.3-19.2 cm-3 s-1 和0.030-0.10 s-1.同时,新粒子的增长体现了清晰的粒径相关性,即GR1.35~1.39,GR1.39~1.46,GR1.46~1.70,GR1.70~2.39,GR2.39~7,和 GR7~20 随着粒径的增大而增大,分别为 1.6±1.0,1.4±2.2,7.2±7.1,9.0±11.4,10.9±9.8 和 11.4±9.7 nm h-1.成核速率(J1.34)与硫酸浓度之间的相关性表明成核速率J1.34与硫酸浓度的0.64次方成正比.成核速率(J1.34)与气态氨气的相关性表明氨气与新粒子形成事件相关.硫酸足够解释1.34-3 nm颗粒物的增长,但是不足以解释大于3nm 颗粒物的增长,表明其他物质参与了新颗粒物的增长.此外,颗粒物数浓度与PM2.5 浓度之间的比较表明新粒子形成倾向于发生在低浓度PM2.5的环境下.此外,分别由12月、4月、7月代表冬季、春季和夏季的情况下,上海市新粒子形成事件发生的频率为夏季(19.4%)>春季(16.7%)>冬季(9.7%).虽然夏季新粒子形成事件发生的频率略高于春季,但是春季新粒子形成事件的成核速率J1.34(269.5 cm-3 s-1)和形成速率J3(20.1 cm-3 s-1)均大于夏季(153.8 cm-3 s-1, 7.8cm-3 s-1),表明春季新粒子的形成更加强烈.
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