北京大气细颗粒物无机组分形成机制及采样偏差研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_20092009
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SNA(硫酸盐(sulfate)、硝酸盐(nitrate)、铵盐(ammonium))是细颗粒物中最主要的无机组分,对能见度、云和降水物理、酸沉降与辐射平衡均有重要影响。本研究利用Partisol(R)2300型化学物种采样器,通过溶蚀器-膜-后置膜采集北京2013年春夏季大气颗粒物及酸碱性气体样品,利用离子色谱获得PM2.5中主要无机组分和气体SO2、 HNO2、 HNO3、 HCl和NH3质量浓度。采用溶蚀器-膜-后置膜装置对颗粒物及其半挥发无机组分进行采样偏差修正,同时表征了气态污染物、颗粒物及其无机组分的日变化、季节变化和霾污染特征,通过相关性分析、气-粒相转化等综合分析探讨了SNA的转化途径和形成机制。  研究结果表明:1)传统单一滤膜采样高估或低估颗粒物及其半挥发无机组分浓度,夏季最为明显,PM2.5采样负偏差比例达43.35%(11.73%~76.64%)。单一滤膜采样过程普遍存在NH4NO3和NH4Cl的挥发损失。半挥发无机组分采样负偏差率主要受气象要素、气态前体物浓度及其气-固相分配比例影响。改善传统单一滤膜采样方法,进行半挥发性无机组分损失补偿对准确表征大气颗粒物及其无机组分污染特征尤为重要。2)北京春夏季PM2.5、无机离子及其气态前体物均处于较高的污染水平,呈现季节和日内变化特征。春夏季PM2.5浓度均值分别为65.68μg/m3和88.33μg/m3。春夏季SNA占PM2.5比重分别为63.15%和40.99%。气态污染物中,春季SO2污染较严重,夏季为HNO3和NH3污染。由于气象条件、光化学反应和混合层高度的日内差异,晚间易出现污染物近地面累积。3)春夏季SNA及其相关气态污染物浓度较非雾霾天有显著提高,增长倍数分别为0.87~5.49和0.20~3.0,春夏季霾天体现为细颗粒物及其二次无机粒子的累积性污染,SNA占细颗粒物比重分别为70.33%和42.13%。4)SO2气相转化反应对SO42-生成贡献较小,富氨大气中SO2的非均相反应是SO42-最主要的来源。NOx与NH3的气相反应是颗粒态NO3-的主要生成途径。颗粒态无机组分以NH4NO3、(NH4)2SO4结合形式为主。5)SO2和NO2等在颗粒物表面的气-液-固反应以及NO2对SO2转化的催化作用,可不断促进一次气态污染物向二次气溶胶的转化,最终导致雾霾污染过程的不断加剧。NH3在春季颗粒物污染以及二次无机气溶胶生成中起关键性作用,而夏季关键性物质为SO2和HNO2。要改变北京细颗粒物污染现状,亟需协同控制其气态前体物(SO2,NOx和NH3等)。6)北京污染过程受周期性天气系统控制,一次气态物质向颗粒态的快速转化、不利的天气形势和区域外地源输送是北京细颗粒物污染的主要原因。
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