東北中部氣溶膠單顆粒的物理化學(xué)特性及冬季灰霾形成研究.pdf

1、近年來(lái)，中國(guó)東北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度遠(yuǎn)落后于華北平原、珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲這些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，然而這些地區(qū)都面臨著同樣的空氣污染問(wèn)題。在東北的冬季供暖期（從十月中旬到次年三月下旬，長(zhǎng)達(dá)5個(gè)半月），這里的空氣污染問(wèn)題基至遠(yuǎn)超全國(guó)其它地區(qū)。如果計(jì)算東北地區(qū)的年均PM2.5濃度（非供暖期的PM2.5濃度較低，平均約為30μg/m3），我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其并不高于其他經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但東北地區(qū)在供暖期頻繁地出現(xiàn)灰霾重污染事件，且供暖期的平均大氣PM2.5質(zhì)

2、量濃度是其它地區(qū)或東北非供暖期的5-6倍。盡管如此，東北地區(qū)的空氣污染仍沒(méi)有得到科研人員及政府的重視，導(dǎo)致該地區(qū)冬季灰霾污染一直沒(méi)有得到解決。本研究于2015年1月28至2月7日在東北中部地區(qū)的農(nóng)村以及城市區(qū)域采集了大氣PM2.5樣品和單顆粒樣品，其中2月1至4日出現(xiàn)了一次典型的區(qū)域性重度霾污染事件。本研究具體設(shè)置的采樣點(diǎn)為通榆觀測(cè)站（農(nóng)村站點(diǎn)，T1）、通榆縣城（縣鎮(zhèn)站點(diǎn)，T2）及吉林市（城市站點(diǎn)，T3），其中通榆觀測(cè)站和通榆縣城位于東

3、北中部地區(qū)的農(nóng)村區(qū)域;吉林市位于東北中部地區(qū)的城市區(qū)域。本研究利用OC-EC分析儀和離子色譜分析儀分析了大氣PM2.5中的OC/EC及水溶性無(wú)機(jī)離子濃度;利用透射電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)分析了氣溶膠單顆粒的類型、形貌特征、混合狀態(tài)及粒徑分布等。
　　我們的研究結(jié)果顯示出有機(jī)物(OM)和二次無(wú)機(jī)離子(NH4+、SO42-和NO3-)是城市PM2.5的重要組成成分。在灰霾天，吉林市PM2.5中的OM、NH4+、SO

4、42-和NO3-的濃度分別為89.5μg/m3、24.2μg/m3、28.1μg/m3和32.8μg/m3，是非灰霾天的3.1、2.3、2.7和1.4倍。
　　東北城市區(qū)域的氣溶膠顆粒物主要分為五大類:富有機(jī)顆粒物(主要成分為一次有機(jī)氣溶膠(POA))、有機(jī)-富硫顆粒物、有機(jī)-煙塵顆粒物、富硫-飛灰顆粒物和富硫-金屬顆粒物;東北農(nóng)村區(qū)域的氣溶膠也主要分為五大類:富有機(jī)顆粒物、富硫顆粒物、有機(jī)-富硫顆粒物、富鉀-有機(jī)顆粒物和有機(jī)-煙

5、塵顆粒物。城市站點(diǎn)非灰霾期與灰霾期相比，有機(jī)-富硫、富硫-飛灰及富硫-金屬顆粒物的百分含量分別從39％、1％和1％增加到46％、4％和2％。在縣鎮(zhèn)站點(diǎn)，有機(jī)-煙塵顆粒物的百分含量是農(nóng)村站點(diǎn)的3倍;含富硫顆粒物的百分含量是農(nóng)村站點(diǎn)的0.67倍;富鉀-有機(jī)顆粒物的百分含量(7％)接近于農(nóng)村站點(diǎn)(6％)。氣溶膠粒徑分布特征顯示出城市站點(diǎn)的顆粒物粒徑分布峰值從非灰霾天的249nm增加到灰霾天的386nm，這是由于大量的二次氣溶膠(例如:富硫顆粒

6、物和二次有機(jī)氣溶膠(SOA))在灰霾天形成并覆蓋或附著在已經(jīng)存在的顆粒物表面上，從而造成顆粒物粒徑的增加。
　　在東北地區(qū)的冬季，超過(guò)80％的氣溶膠顆粒物包含POA（穹頂狀、不規(guī)則狀和球狀有機(jī)顆粒物）。本研究得出東北冬季的氣溶膠顆粒物主要來(lái)源于農(nóng)村燃煤、生物質(zhì)燃燒及城市小型鍋爐的直接排放，且約有70％的氣溶膠顆粒物來(lái)源于低效的燃煤排放。本研究建立了東北地區(qū)冬季氣溶膠區(qū)域傳輸?shù)哪Ｐ?農(nóng)村區(qū)域排放的氣溶膠顆粒物會(huì)在冬季季風(fēng)的作用下，傳

7、輸至城市區(qū)域，進(jìn)一步加重城市區(qū)域的空氣污染。本研究還構(gòu)造了東北冬季區(qū)域灰霾形成過(guò)程的模型:(1)穩(wěn)定的天氣條件驅(qū)動(dòng)了灰霾的形成;(2)住戶取暖和做飯排放出了大量的POA，它們的富集主要造成了灰霾早期階段的形成（輕度或中度霾）;(3)通過(guò)非均相化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量SOA、硫酸鹽和硝酸鹽以及POA的累積一起促進(jìn)了輕度或中度霾向重度霾的轉(zhuǎn)化。我們發(fā)現(xiàn)相比于華北平原的冬季灰霾，東北地區(qū)的有機(jī)氣溶膠對(duì)冬季灰霾形成的貢獻(xiàn)較大。另外，與華北平原重度霾期