中國(guó)近海大氣氣溶膠中水溶性離子的組成與來(lái)源分析.pdf

1、大氣氣溶膠主要有大量水溶性離子組成,而氣溶膠的質(zhì)粒會(huì)通過(guò)直接輻射強(qiáng)迫和間接輻射強(qiáng)迫兩種方式影響全球氣候變化；另外,從局部上來(lái)說(shuō),它在區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量惡化過(guò)程中也扮演重要角色,因此對(duì)其研究意義重大。中國(guó)近海大氣氣溶膠中水溶性離子濃度較高的原因主要是由于東亞地區(qū)自然源和人為源的輸入,同時(shí),在合適的氣象條件下這些高濃度的氣溶膠通過(guò)大氣輸送到太平洋上空進(jìn)而影響大洋海區(qū)大氣的化學(xué)組成和生態(tài)環(huán)境。由于中國(guó)近海處于東亞地區(qū)與大洋海區(qū)的連接處,因此本論

2、文以黃海海域,東海海域及南海海域?yàn)檠芯磕繕?biāo),采集黃海2009年春季和冬季航次、2008年夏季航次的氣溶膠樣品,2009年春季、秋季和冬季東海氣溶膠樣品及2009年南海冬季氣溶膠樣品,運(yùn)用離子色譜法對(duì)氣溶膠中水溶性離子濃度進(jìn)行測(cè)定,并分析研究各海域之間的季節(jié)性差異與區(qū)域性變化和離子的主要來(lái)源以及氣溶膠的部分特性,主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)2009年黃海春季航次總懸浮顆粒物(Total Suspended Particle,T

3、SP)樣品中主要水溶性離子的平均濃度變化順序是nss-SO42->NO3->Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+；2008年夏季航次是nss-SO42->NO3->Cl->Na+>NH4+>Ca2+>Mg2+>K+；2009年冬季航次為NO3->nss-SO42->Cl->NH4+>Na+>Ca2+>Mg2+>K+。三個(gè)季節(jié)采集的TSP樣品中離子濃度變化有所不同,但二次離子(nss-SO42-、NO3-、NH4+)在總測(cè)定

4、離子濃度中所占的比例均超過(guò)了58％,海鹽離子(Cl-、Na+、Mg2+)的濃度變化比較相似,混合源K+和Ca2+的濃度基本保持一致,且K+在三個(gè)航次中所占的濃度比例均最低,尤其是夏季航次,僅占0.5％左右。綜合分析發(fā)現(xiàn)黃海采集的TSP受人為排放污染的影響程度較大。甲基磺酸在三個(gè)季節(jié)采集的樣品中的濃度分別為0.078±0.011、0.048±0.012和0.012±0.011μg／·m-3,單因素方差分析顯示其存在極顯著季節(jié)性差異。

5、>　　 (2)2009年?yáng)|海春季航次樣品中主要水溶性離子的平均濃度大小順序?yàn)镹O3->nss-SO42->Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+,與黃海春季航次基本相似；秋季航次與冬季航次的平均濃度變化大體一致,大小順序分別為nss—SO42->NO3->NH4+>Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>K+和nss-SO42->NO3->Cl->NH4+>Na+>Ca2+>K+>Mg2+。各航次中nss-SO42的濃度比例基

6、本維持在30％左右,有所下降,,而NO3-所占比例變化不大,說(shuō)明了二次離子在大氣輸送過(guò)程中的虧損程度不同；NH4+在春季出現(xiàn)了最低值,可能是由于春季特殊的氣象條件加快了其沉降速度。氣溶膠樣品中MSA的濃度差異體現(xiàn)在季節(jié)上,春季、秋季和冬季的濃度分布為0.060±0.031、0.015±0.012和0.0088±0.0048μg·m-3,因?yàn)槭谴杭颈韺雍Ｋa(chǎn)力旺盛使浮游植物快速生長(zhǎng)并且釋放出大量的二甲基硫(dimethylsulfide

7、,DMS),其進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)生成MSA,導(dǎo)致春季MSA濃度較高。
　　 (3)2009年南海冬季航次氣溶膠樣品中二次離子與以上航次存在顯著性變化,即二次離子所占比例明顯低于海洋源離子,主要是采樣海域、氣象條件以及空氣粒子來(lái)源不同所導(dǎo)致的。主要水溶性離子的平均濃度大小順序?yàn)镃l->nss-SO42->Na+>NH4+>NO3->Mg2+>K+>Ca2+。海鹽離子占總測(cè)定離子的比例高達(dá)55％,說(shuō)明南海海域采集的TSP樣品受人為活

8、動(dòng)影響程度相對(duì)較小；二次離子濃度低可能是二次離子在大范圍遠(yuǎn)距離的輸送的過(guò)程中發(fā)生了嚴(yán)重虧損。MSA的濃度為0.0026±0.00151μg·m-3,僅為東海冬季航次的29.5％。
　　 (4)各種水溶性離子間的相關(guān)性分析結(jié)果表明二次離子之間存在顯著正相關(guān)性,說(shuō)明他們的來(lái)源比較相似,既陸源人為活動(dòng)的釋放；Cl-、Na+和Mg2+三者間均表現(xiàn)為顯著正相關(guān),且Na+和Mg2+的線性回歸方程斜率與本體海水中Mg2+／Na+的值十分接近,

9、說(shuō)明三種離子主要來(lái)源于海洋；K+和Ca2的來(lái)源比較復(fù)雜,二者之間存在顯著相關(guān)性的同時(shí)還與部分海源離子存在明顯相關(guān)性,因此二者來(lái)源歸為以陸源為主受海洋影響的混合源。同時(shí)將水溶性離子與氣象條件做了相關(guān)性分析,結(jié)果為海鹽離子的濃度變化與風(fēng)速存在一定程度的正相關(guān),表明其受風(fēng)速影響較大；另外,還發(fā)現(xiàn)多數(shù)航次的二次離子與溫度和相對(duì)濕度呈現(xiàn)顯著正相關(guān),由此說(shuō)明二次離子的生成會(huì)受到高的溫度和相對(duì)濕度的影響。
　　 (5)生源硫?qū)ss-SO42

10、-的貢獻(xiàn)率主要采用大洋區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)值nss-SO42-／MSA=19進(jìn)行估算,結(jié)果顯示黃海三個(gè)季節(jié)航次的貢獻(xiàn)率分別為16.76％、9.21％和2.97％,東海三個(gè)季節(jié)航次的貢獻(xiàn)率分別是16.00％、3.08％和1.42％,南海冬季航次的貢獻(xiàn)率為0.72％。數(shù)據(jù)顯示各研究海域春季生源硫?qū)ss-SO42-的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為最高,冬季最低,其原因主要是春季浮游藻類活動(dòng)旺盛,向表層海水中釋放大量DMS,經(jīng)過(guò)一些列氧化反應(yīng)最終影響到生源硫的貢獻(xiàn)率。

11、綜合分析發(fā)現(xiàn)黃海海域、東海海域、南海海域采集的氣溶膠樣品中nss-SO42-的主要來(lái)源是陸源人為釋放,但黃海和東海春季生源硫的貢獻(xiàn)也不容忽視。
　　 (6)針對(duì)黃海冬季航次、東海航次、南海航次做氣溶膠特性研究,即氣溶膠的酸堿性和NH4+與SO42-離子在氣溶膠中的主要結(jié)合形式,結(jié)果顯示黃海航次氣溶膠基本呈中性,東海為弱酸性,南海為弱堿性；NH4+與SO42-在氣溶膠的主要結(jié)合形式在不同海域也不盡相同,黃海和東海氣溶膠樣品中其主要