大气氢氟碳化物采样分析和质量控制方法研究

用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力-体积曲线对进样压力变化的影响进行了校正.回收率实验及存储实验表明,6种HFCs回收率范围为99.5%~100.4%,存储112d内HFCs浓度没有显著变化.在北京上甸子区域大气本底站采集80m梯度塔顶大气样品并分析,2个串联采样罐HFCs浓度差值范围为0.04×10-12~0.16×10-12.采样分析与同期该站GC-MS在线观测系统获得的HFCs浓度差值范围为-0.17×10-12^-0.86×10-12.本研究建立的采样-分析-质量控制方法和流程适用于大气中HFCs高精度观测.

北京上甸子典型天气个例的大气气溶胶数谱分布特征

使用差分淌度粒径分析仪(TDMPS)和空气动力学粒径分析仪(APS)对上甸子区域本底站气溶胶(直径3nm^10μm)数谱分布特征进行观测。利用2008年的观测结果,分析了不同天气(包括沙尘天气、干洁天气和雾霾天气)条件下大气气溶胶数谱分布及其与气象要素和气团来源的关系。结果表明,沙尘天气条件下,上甸子站受西北方向的气团控制,风速较大,粗粒子数浓度明显增加,PM10的质量浓度可以迅速增加到毫克每立方米(mg·m-3)的量级。典型的"香蕉型"新粒子生成事件通常发生在比较干洁晴朗的天气条件下,西北气团主导,大气中背景气溶胶数浓度较低,核模态气溶胶数浓度迅速增长,气溶胶的粒径呈现明显的增长过程,核模态可以平稳地增长到约80nm,达到成为云凝结核的尺度。雾霾天气通常是在西南气团影响下,细颗粒物(1μm以下)不断累积、相对湿度不断升高的条件下发生的。雾霾天气条件下数谱分布的几何中值粒径出现在积聚模态,积聚模态数浓度也高于非雾霾天。个例研究表明,雾霾天气条件下,PM2.5质量浓度可以达到非雾霾天的10倍左右,其中以细颗粒物的贡献为主。在雾霾天气条件下,上甸子站数浓度较高的积聚模态颗粒物主要来自城区的传输,因此对背景地区气溶胶数谱的研究可以为解析城区气溶胶复杂来源提供依据。

北京上甸子大气本底站氢氟碳化物在线观测研究

在北京上甸子区域大气本底站利用气相色谱/质谱联用(GC-MS)系统对大气中11种氢氟碳化物(HFCs)开展在线观测研究.2018年1~12月,HFC-23、HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-143a、HFC-152a、HFC-227ea、HFC-236fa、HFC-245fa、HFC-365mfc、HFC-4310mee本底数据浓度分别为:(31.9±0.4)×10^12、(22.1±1.7)×10^12、(29.3±1.3)×10^12、(110.2±2.4)×10^12、(24.0±0.3)×10^12、(10.3±0.7)×10^12、(1.59±0.04)×10^12(0.19±0.01)×10^12、(3.30±0.08)×10^12、(1.27±0.03)×10^12、(0.28±0.01)×10^12;本底数据出现频率分别为:34.5%、23.4%、22.5%、24.6%、24.5%、42.5%、24.3%、46.4%、38.3%、68.1%、77.9%;非本底数据浓度分别为:(39.2±11.1)×10^12、(47.7±21.8)×10^12、(38.6±8.7)×10^12、(137.3±15.7)×10^12、(26.1±2.2)×10^12、(15.9±7.0)×10^12、(2.77±1.11)×10^12、(0.25±0.06)×10^12、(4.10±0.97)×10^12、(1.34±0.06)×10^12、(0.30±0.01)×10^12.HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-143a、HFC-227ea本底浓度呈线性上升趋势,年增长率分别为:4.4×10^12,3.8×10^12,7.3×10^12,1.0×10^12,0.14×10^12a^-1,而HFC-152a呈现明显的季节变化.以CO为示踪物利用示踪物比值相关法估算了HFC-23、HFC-32、HFC-125、HFC-143a、HFC-152a、HFC-236fa、HFC-245fa排放量,分别为6.4,17,14,27,4.0,0.10,1.3kt/a.

上甸子区域大气本底站NO 2柱浓度光谱反演及其变化特征

为了探究京津冀本底浓度地区NO_2 这一重要空气污染物的变化特征,采用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)在上甸子区域大气本底站开展了太阳散射光谱观测以及NO_2 柱浓度反演研究。在NO_2 的405～430nm特征谱段进行了定量光谱解析,并通过几何近似法计算了2009年7～9月NO_2 对流层垂直柱浓度(VCD_(trop))。观测期间NO_2 VCD_(trop)平均值和最大值分别为5.43×10^(15)和7.15×10^(16) molec·cm^(-2)。NO_2 VCD_(trop)日均值浓度水平较低,但总体上有上升趋势。NO_2 VCD_(trop)变化过程与风速风向关系密切:西南风时风速越小NO_2 VCD_(trop)越低,东北风对NO_2 VCD_(trop)有扩散稀释作用。NO_2 VCD_(trop)日变化形态总体上呈现为中午时段低、早晚较高的特征,并且傍晚峰值比早间峰值略高。上甸子站NO_2 VCD_(trop)浓度水平和日变化幅度相比北京城区同期观测结果明显偏小。NO_2 VCD_(trop)变化特征与河北香河和固城等污染相对较轻站点观测到的变化特征相一致。总之,MAX-DOAS能够有效监测区域本底大气的NO_2 VCD_(trop),其变化特征与工业和交通排放、大气光化学过程、大气传输等复杂因素有关,还需积累更多数据和深入研究。

北京地区大气氨时空变化特征

在北京城区和上甸子本底地区分别开展了为期3a和1a的NH_(3)在线观测,并结合风向、风速、温度、相对湿度等气象因素的变化特征,分析了北京地区NH_(3)浓度水平、年季特征及影响因素.结果发现,北京城区和本底地区的NH_(3)年均浓度分别为(32.5±20.8)×10^(-9)V/V和(11.6±10.3)×10^(-9)V/V,北京城区的NH_(3)浓度高于大多数国内外主要城市和地区的NH_(3)浓度水平.城区和本底地区NH_(3)浓度年变化特征为夏季高,分别为(34.1±6.8)×10^(-9)V/V和(11.1±2.2)×10^(-9)V/V,冬季低,分别为(19.7±9.3)×10^(-9)V/V和(2.4±0.6)×10^(-9)V/V.NH_(3)的日变化特征受气象因素影响明显,其结果表明,春季城区NH_(3)浓度峰值出现在15:00,而本底地区受西南风影响在20:00达到峰值;夏季城区NH_(3)浓度最高值在7:00出现,本底地区则呈现双峰值(分别在09:00和22:00);秋季城区和本底地区的日变化规律一致,均在22:00出现峰值;冬季城区的峰值出现时间晚于本底地区,峰值分别出现在23:00和20:00.西南风是造成本底地区NH_(3)浓度升高的主要原因,春季和夏季,随着西南向风速的增大,NH_(3)浓度显著升高.城区的NH_(3)浓度则主要受到局地排放的影响.浓度权重轨迹法的研究结果发现,北京、天津、河北及河南北部地区是影响北京地区大气NH_(3)的主要源区.

北京上甸子区域大气本底站HCFC-22在线观测研究

2007年4月～2008年3月,利用GC-ECD在线观测系统,在北京上甸子区域大气本底站开展了HCFC-22在线观测,讨论了北京上甸子站HCFC-22浓度水平并初步分析其影响因素.该站大气HCFC-22浓度(摩尔分数,下同)为(278.1±113.6)×10-12.利用逐步逼近回归法进行本底值筛分,本底浓度为(199.5±5.1)×10-12,与北半球同纬度带Mace Head和TrinidadHead本底站观测结果基本一致;非本底浓度为(312.1±121.0)×10-12,出现频率69.8%,表明该站受到较强HCFC-22排放源及输送的影响.上甸子站HCFC-22本底浓度季节变化不明显,但非本底浓度呈现夏高冬低的特点,平均非本底浓度最高月(7月)比最低月(1月)高100.9×10-12,与HCFC-22排放的季节性有关.结合风向分析,该站西南扇区平均浓度(327.3×10-12)比东北扇区(236.2×10-12)高91.1×10-12.HCFC-22高浓度水平主要由W-WSW-SW方向贡献引起,NNE-N-NE方向则使得全年HCFC-22浓度水平明显降低.

北京上甸子区域大气本底站四氯化碳(CCl_4)在线观测

利用自组装GC-ECD系统在北京上甸子区域大气本底站开展大气四氯化碳(CCl4)摩尔分数在线观测.2007年4月～2008年3月期间,该站CCl4本底摩尔分数(89.4±0.7)×10-12,与北半球同纬度带Mace Head和Trinidad Head本底站观测结果基本一致;非本底摩尔分数(94.7±5.1)×10-12,出现频率63.6%,表明该站也能捕捉到高摩尔分数CCl4空气团输送信息;CCl4本底摩尔分数变化较小,且没有明显的季节变化;非本底摩尔分数呈现夏高冬低的特点,平均非本底摩尔分数最高月份(6月)比最低月份(1月)高7.6×10-12.应用CO比值相关法初步估算2007年4月～2008年3月我国CCl4排放量约4.7kt·a-1,与文献报道Bottom-up方法估算我国同期CCl4排放量接近;CO比值相关法估算CCl4排放量的不确定性主要来自同源假设及观测站代表性.

北京上甸子区域本底站大气CFC-11浓度在线观测

利用自组装的气相色谱系统(GC-ECD),在世界气象组织(WMO)/全球大气观测网(GAW)上甸子区域大气本底站开展CFC-11浓度在线观测.2007年4月～2008年3月期间,CFC-11浓度波动较大,非本底浓度值出现频率62%.其本底浓度中值为245.4ppt(1ppt=10-12mol/mol),10%和90%的CFC-11浓度数据百分位值分别为244.6和246.1ppt;非本底浓度中值为254.7ppt,10%和90%的CFC-11浓度数据百分位值分别为246.6和272.1ppt.夏秋季CFC-11本底浓度与非本底浓度差值较大、冬春季差值较小,主要由于夏秋季节环境温度高,储存在聚氨酯硬泡中的CFC-11更易挥发而逃逸到大气中,使CFC-11浓度水平有较明显抬升.上甸子站CFC-11各月本底浓度与北半球中高纬度爱尔兰MHD站、美国THD站和巴巴多斯RPB站接近,高于南半球澳大利亚CGO站和美属萨摩亚SMO站.四个季节CFC-11浓度高值主要在W-WSW-SW扇区,表明来自该方向气流对CFC-11浓度抬升产生正的贡献;冬春季CFC-11浓度低于夏秋季,尤其NNE-NE-ENE-E风向观测浓度与本底值接近,表明冬春季该方向气流相对清洁.