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大气颗粒物数浓度与质量浓度的粒径分布特征反映了不同环境下大气光化学过程、气团来源性质及地区排放源特征的差异。了解颗粒物的这些性质及其来源有助于深入分析颗粒物对大气辐射平衡、大气化学过程及区域气候的影响,并有助于细颗粒物控制对策的制定。本研究在北京大学城市与环境学院楼顶,利用Model1000XP宽范围粒径谱仪对粒径范围在10 nm至10μm之间的大气颗粒物个数浓度和质量浓度的粒径分布特征进行了长达10个月的观测及分析。
对Model1000XP宽范围粒径谱仪的记录结果研究发现,对数正态分布参数化处理得到观测记录的模式分布参数显示,实验中观测到的颗粒物数谱大多呈现单峰模式或双峰模式分布,颗粒物质量浓度谱大多呈现双峰模式;风速是影响大气颗粒物的数浓度与质量浓度的重要气象参数,大气颗粒物的数浓度与质量浓度均与风速呈负相关关系;大气颗粒物的数浓度与质量浓度秋、夏季较低,冬季最高。根据颗粒物质量浓度数据和同期纳米微孔均匀撞击式采样器的质量浓度数据进行对比分析,计算出颗粒物的密度为2.47 g/cm3。
静风-微风条件下夏季、冬季、春季数浓度与质最浓度日变化曲线显示,上班高峰期与夜晚分别出现数浓度与质量浓度峰值;静风条件有利于细粒子的碰并、凝结,形成积聚模态峰。元宵节烟花燃放对北京大气颗粒物的数浓度无显著影响,粒径分布情况呈积聚模态的单峰形式,颗粒物质量浓度明显上升。阴霾条件下,大气颗粒物质量浓度显著高于其他正常天气,大风吹来,可将阴霾驱散。大风过后,爱根核模态与积聚模态粒子数目都通过扩散稀释作用显著下降。沙尘天气的质量浓度谱分布具有明显的特征,为单峰模式分布,峰值出现在粗粒子模态,与沙尘前比质量浓度急剧增加,总数浓度无明显变化:沙尘过后,粗粒子质量浓度下降,本地排放的细粒子重新凝聚生成积聚模态粒子。降雨对积聚模态粒子的去除作用高于爱根核模态,雨后,爱根核模态数浓度有所升高,核模态粒子数浓度急剧攀升。
文章分析了北京大气颗粒物中的EC、OC与多环芳烃含量。纳米微孔均匀撞击式采样器采集的样品与小流量TSP采集的北京大气颗粒物样品中测得的OC/EC的值均远大于2,说明北京冬季存在比较严重的二次污染。对各级颗粒物中PAHs的特征比值进行分析,结论表明颗粒物主要来源为燃烧源,所测得的多环芳烃主要来自煤跟化石燃料的燃烧,这与本次采样时间正值北京的冬季取暖期的实际情况十分吻合。切割粒径0.18,0.32与0.56μm三级的特征比值介于煤、生物质燃烧与油燃烧的特征值之间,其来源可能为上述二者的混合源。