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本研究以西安为城市大气气溶胶观测站点,在夏季和冬季开展高分辨率气溶胶观测工作,通过对气溶胶中碳、离子组分、污染气体、太阳辐射及气象要素的综合分析,探讨了大气气溶胶的实时变化特征、环境因素对气溶胶物种的影响、排放源短尺度内的变化特征和可能的大气化学过程。
应用中流量(～113L/min)旋风式采样仪于夏、冬季选择晴朗、阴云和降水天气进行每2小时或4小时连续PM2.5样品采集,同步监测SO2、NO/NO2/NOx以及O3水平变化,通过热光碳分析仪、离子色谱仪、总碳分析仪分析获得了大气碳组分、水溶性离子和水溶性有机物浓度水平。结果表明,冬季机动车、燃煤、燃薪等多排放源贡献导致冬季大气气溶胶浓度水平明显高于夏季以机动车排放为主导源贡献的气溶胶浓度水平。夏季平均碳组分OC、EC、WSOC浓度水平分别为20.58μg/m3、4.67μg/m3、11.83μg/m3,而冬季相应为52.61μg/m3、7.18μg/m3、19.37μg/m3；其中水溶性组分在夏季占到OC平均为61.09％,而冬季水溶性组分明显减少为35.78％。夏、冬两个季节碳组分浓度在不同天气都以阴天>晴天>降雨天序列分布,不同天气白天和夜间碳组分浓度存在明显差异,其日内浓度双峰值分布与机动车活动高峰相吻合。应用EC示踪法获得SOC浓度水平表明,二次有机碳气溶胶对大气气溶胶浓度具有重要贡献,在夏季SOC占OC浓度平均达到57.41％,在冬季也高达47.24％；而高分辨率观测敏锐反应了太阳辐射、温度、湿度、气压以及混合层高度等对SOC形成机制过程的影响。大气气溶胶离子组分浓度在冬夏季以SO42->NO3->NH4+>Ca2+％Cl->K+>Mg2+>F-序列分布,冬季浓度高于夏季,在不同天气和白天夜间以及日变化同碳气溶胶浓度分布特征一致,其中三种水溶性二次离子SO42-、NO3-、NH4+占到总离子的80％；阳离子Ca2+、Na+、Mg2+之间相关性显著,与其同来自道路、建筑、土壤扬尘有关,二次水溶性离子之间相关性明显则指示其来源及化学转化机制的一致性。硫和氮的氧化速率虽然夏季明显高于冬季,但是硫的氧化速率在两个季节都高于0.1,说明在西安即使冬季也存在明显的二次水溶性离子的化学转化过程；二次水溶性离子与水溶性有机碳的相关性在夏冬差异则说明化学反应和凝聚过程都可能是二次气溶胶主要的形成过程。