太原市大气降尘化学组分及来源的粒径分布

2019年11月~2020年12月,从太原市8个监测站点采集的大气降尘样品,进行化学组分和粒径分析,研究了降尘化学组分及降尘来源的粒径分布特征.研究结果表明:首先,太原市降尘的粒径大小受地理位置影响显著,呈现南部粒径大,北部粒径小的特点,且呈现秋冬季粒径偏大的季节特点,这与太原市降尘污染源的时空分布有关.此外,不同粒径大小降尘的化学组分存在明显的时空差异,尤其是OC、SO_(4)^(2-)和无机元素Ca、Si和Fe等组分.源解析结果表明城市扬尘源对太原市各粒径大小降尘样品的贡献均较高(33.7%~37.5%).同时,建筑尘源(21.8%~31.6%)和钢铁工业源(5.1%~18.1%)对中粒径和粗粒径降尘具有显著贡献,燃煤源对细粒径降尘的影响也不可忽视(14.1%~22.6%).

基于两种受体模型的太原市大气降尘来源解析及季节变化特征

于2019年11月至2020年12月期间在典型工业城市太原市开展了降尘采样和降尘化学组分分析.采样期间,太原市平均降尘量约为7.9t/(km^(2)·30d),并呈现在4~6月较高.在选取的8个监测区域中,清徐和巨轮的平均降尘量较高,分别为10.7t/(km^(2)·30d)和10.6t/(km^(2)·30d).降尘化学组分质量中地壳元素(Ca、Si、Al)占比较高,巨轮和桃园监测区域的降尘中Fe元素的质量显著高于其他监测区域.将降尘量和化学组分分析结果分别纳入正定矩阵因子分解(PMF)和偏目标转换-正定矩阵分解(PTT-PMF)两种受体模型中对太原市降尘进行了定量来源解析.通过比较两种受体模型的拟合性能和解析的因子谱发现:PTT-PMF受体模型相较于PMF能够更好地区分出降尘中城市扬尘源和建筑尘源这两类相似的尘源.结果表明,太原市降尘主要有六种来源:城市扬尘源(PMF:35%,PTT-PMF:35%)、建筑尘源(PMF:29%,PTT-PMF:28%)、钢铁工业源(PMF:14%,PTT-PMF:14%)、燃煤源(PMF:13%,PTT-PMF:12%)、二次无机盐(PMF:5%,PTT-PMF:6%)、机动车尾气排放源(PMF:4%,PTT-PMF:5%).两种受体模型得到的平均来源贡献结果相似,而建筑尘源和钢铁工业源的季节变化趋势则有一定的差异.粗粒径源类(城市扬尘源和建筑尘源)是太原市降尘的主要来源,两者对降尘的贡献率超过了60%,并在春季贡献率(4~6月)较高.

基于天津市在线数据评估ISORROPIA-Ⅱ模式结果及气溶胶pH的影响因素

气溶胶酸性与颗粒物性质及二次颗粒物暴发性增长密切相关.气溶胶pH难以直接测量,通常利用热力学模型进行计算.ISORROPIA-Ⅱ是常用热力学模型之一,包括不同的模式和气溶胶状态(forward和reverse模式,stable和metastable状态),研究表明,选择的模式和相态不同,其计算的pH结果也会有差异.且除模式相态选择外,还存在其他因素也会对模型结果产生影响.为探讨在我国典型城市大气污染特征下,ISORROPIA-Ⅱ合适的模式选择以及模型结果的影响因素,本研究利用天津市高时间分辨率在线小时数据,对不同模式和气溶胶状态下的模拟结果进行了分析.结果表明,使用forward模式和metastable状态的pH计算结果较为理想.温度升高,pH、气溶胶水含量、半挥发性组分气溶胶相中浓度占比均降低.RH通过影响气溶胶水含量和半挥发性组分浓度影响气溶胶pH值.阳离子浓度升高均会不同程度地导致pH升高、气相中NH3浓度升高及HNO3浓度降低;而阴离子则相反.Ca^2+、SO4^2-、NO^-3和NH4^+对pH影响较大;与SO4^2-相比,NO^-3对pH影响较小;NH4^+对pH的影响存在敏感区,高浓度NH+4不会导致pH持续升高.本研究可提高对ISORROPIA-Ⅱ模拟我国城市大气气溶胶pH的理解,为我国开展pH相关的二次生成机制、半挥发性组分气粒分配和污染控制措施等相关研究提供参考.

天津市PM_(2.5)中二次硝酸盐形成及防控

二次硝酸盐是PM_(2.5)中的重要二次无机离子组分,为了解PM_(2.5)中二次硝酸盐的形成及防控途径,基于天津市城区点位2018~2019年高时间分辨率的PM_(2.5)在线监测数据,对气溶胶颗粒物的离子组分、pH值、NH_(3)-NH_(4)^(+)和HNO_(3)^(-)NO_(3)^(-)浓度分布以及硝酸铵形成的敏感性进行了研究.结果表明,天津PM_(2.5)平均浓度为58μg·m^(-3),PM_(2.5)中主要离子组分为NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)和K^(+),在PM_(2.5)中的占比分别为18.4%、11.6%、10.3%、3.3%和2.6%,PM_(2.5)及主要组分浓度均在采暖季高、非采暖季低.气溶胶颗粒物整体呈现弱酸性,平均pH值为5.21,季节分布为春冬季节高、夏秋季节低,日变化趋势表现为早间(00:00~08:00)低,其他时间略高.NH_(3)和HNO_(3)的平均浓度水平分别为16.7μg·m^(-3)和1.2μg·m^(-3),NH_(3)浓度在每年的4~9月相对较高,10月~次年2月浓度相对较低;HNO_(3)浓度水平月际变化不明显.除夏季外,其他季节NH_(3)浓度均为早晚较高,其他时段较低;HNO_(3)浓度整体呈现白天相对略高,晚上相对略低的特点.不同pH值下NH_(3)与NH_(4)^(+)、HNO_(3)与NO_(3)^(-)的浓度分布呈现明显的非线性关系,早晚NH_(4)^(+)与NO_(3)^(-)的浓度均较高,pH值与NH_(3)和NH_(4)^(+)以及HNO_(3)与NO_(3)^(-)的浓度分布均为非线性.敏感性图表明,2018~2019年天津市硝酸铵的形成主要处于HNO_(3)敏感区域,部分处于NH_(3)&HNO_(3)敏感区域.从季节分布上看,春季、秋季和冬季硝酸铵的形成主要处于HNO_(3)敏感区域,夏季硝酸铵的形成主要处于HNO_(3)和NH_(3)&HNO_(3)敏感区域.为有效减少天津市PM_(2.5)中二次硝酸盐的形成,春季、秋季和冬季主要开展HNO_(3)前体物(NO_(x))的控制,夏季主要开展HNO_(3)前体物(NO_(x))和NH_(3)的协同控制.