中国PM2.5来源解析方法综述

首次对中国目前开展的PM2.5源解析方法学和技术思路进行总结,从PM2.5采样前的准备、采样器的选择、化学物种分析方法、源解析手段等方面综述我国PM2.5来源解析的方法和进展,提出未来颗粒物源解析研究的发展方向,对今后在全国各地即将大范围开展的PM2.5源解析工作和法律标准的制定具有重要的科学借鉴意义和参考价值。

二次有机气溶胶估算方法研究进展

我国区域复合污染日趋严重,二次有机气溶胶(SOA)是细颗粒物PM2.5的重要组成之一.本研究总结了当前国内外定量估算SOA的主要方法,包括EC示踪法、WSOC法、受体模型法、示踪物产率法、数值模拟法等.通过对各种方法的原理介绍与比较,指出1)EC示踪法、WSOC法、受体模型法简单易行,与在线连续观测数据结合可估算高时间分辨率的SOA浓度,但受限于对当地源谱和特定物种的了解;2)示踪物产率法虽分析技术难度高,但可针对不同来源的SOA估算;3)数值模拟可获得大尺度SOA的空间分布.针对国内外的最新研究成果进行简单概述,不同方法的研究表明中国二次有机气溶胶是总有机气溶胶的重要部分,人为源VOCs对二次有机气溶胶发挥着重要贡献.本文旨在为未来我国二次有机气溶胶的研究提供基础信息和研究思路.

上海PM_(2.5)工业源谱的建立

总结统计了我国目前的PM2.5源成分谱,指出我国本土源谱缺乏的现状.我国主要的污染源类如燃煤源、机动车源、道路尘、生物质燃烧源等,在源解析工作中均有借鉴外来源谱的情况.对上海典型工业污染源进行PM2.5源谱测定.研究发现,混合燃料电厂和燃煤电厂主要化学组分相似,但是Ca、Al、Fe在混合燃料电厂排放中贡献更大,Ca占(8.0±4.7)%,而燃煤电厂排放颗粒物中SO42-的贡献可达(23.3%±3.7%).烧结厂和电炉厂的源谱差距较大,烧结厂中SO42-(22.8%±10.0%)、Cl-(20.0%±4.5%)、K(17.2%±8.5%)、OC(13.0%±11.5%)、Ca(12.7%±4.2%)等物种贡献较大,而电炉厂中Fe(38.2%±0.6%)、Zn(10.4%±1.2%)等物种含量丰富.不同源类化学组分的显著差异与其工艺过程紧密相关.

单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪在细颗粒物研究中的应用和进展

单颗粒气溶胶质谱技术起源于20世纪70年代,在近二十年得到了快速的发展。单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪具有高时间分辨率,且同时测量大气中单个细颗粒物粒径、多种化学组分和混合状态的特点,在大气细颗粒物监测和科学研究中逐渐得到了广泛应用。本文对单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展历程进行了介绍,对目前已商品化的单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪ATOFMS和SPAMS的原理、数据分析方法、结果输出方式以及在环境监测和研究中的主要应用进行了总结,并指出单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展方向。

北京市公共交通环境多环芳烃的个体暴露特征

对北京市3种典型交通环境下PM2.5中PAHs(多环芳烃)的污染水平、来源及其暴露健康风险进行了研究.于2011年12月利用颗粒物个体暴露采样器采集北京市道路边、公共汽车、地铁等不同交通环境下的PM2.5样品,采用GC-MS测定ρ(PAHs),结合PAHs组成特征以及特征化合物比值等鉴别PAHs来源,根据苯并[a]芘等效毒性(BEQ)、等效致癌浓度(BaPE)及致癌风险等参数评估PAHs呼吸暴露的健康风险.结果显示:1观测期间,北京市道路边、公共汽车和地铁内ρ(∑PAHs)平均值分别为(120±119)、(101±46.6)、(50.8±25.6)ngm3;23种交通环境下PAHs特征成分谱相似,ρ(荧蒽)[ρ(荧蒽)+ρ(芘)]、ρ(茚并[1,2,3-cd]芘)[ρ(茚并[1,2,3-cd]芘)+ρ(苯并[g,h,i]苝)]均大于0.5,ρ(苯并[a]蒽)[ρ(苯并[a]蒽)+ρ()]大于0.35,表明机动车尾气和燃煤排放是北京冬季3种交通环境下PAHs的重要贡献源;3分别采用美国加州环境保护局(California Environment Protection Agency,CalEPA)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)方法计算致癌风险可知,2种方法计算的道路边PAHs的致癌风险(19.8×10-6、15.6×10-4)最高,约为公共汽车及地铁内的1.4和3.6倍;4道路边与公共汽车内的PAHs在PM2.5中更为富集,道路边PAHs污染水平及健康风险在高ρ(PM2.5)环境下增加显著.

华北平原城乡夏季PM2.5组成特征及来源研究

为研究华北平原细颗粒物(PM_(2.5))的组成特征及来源,基于CAREBEIJING-NCP 2014大型观测项目,于2014年夏季在北京城区和河北郊区望都进行了同步观测,分析了两地PM_(2.5)中水溶性离子、元素、有机碳(OC)和元素碳(EC).结果表明,采样期间望都站点PM_(2.5)平均质量浓度为(71.47±38.04)μg/m^3,高于北京城区(51.44±30.94)μg/m^3,PM_(2.5)中各化学组分浓度也均表现为望都高于北京,二次无机离子(硫酸盐、硝酸盐及铵盐)在两地PM_(2.5)中占比最高,约为60%.PM_(2.5)中多种元素浓度也表现为望都均高于北京,但富集因子分析表明,北京市PM_(2.5)中元素富集因子更高.来源分析表明,两地PM_(2.5)中元素均受到工业源和尘源的影响;此外,观测期间两地均受到生物质燃烧影响.后向轨迹分析表明,当到达两地的气团来向相同时,北京与望都PM_(2.5)浓度水平和化学组成呈现相似性,但当气团来向不同时,两地污染特征差异较大.

利用单颗粒气溶胶质谱仪研究南黄海气溶胶的变化特征

2012年11月在南黄海首次使用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)采集和分析两个平行航测断面上的气溶胶,以研究不同气团影响下海洋气溶胶的理化特征。断面1受从海到陆的海风及海洋气团影响,断面2则受从陆到海的陆风及陆地气团影响。结果表明,断面2的气溶胶颗粒数约为断面1的3.5倍,主要由陆地气团传输导致,其次是断面2的高风速影响。主要组分为SO_4^(2-),NO_3^-,NH_4^+,OC和EC气溶胶的颗粒数在断面1和2(断面2除NO_3^-外)上分别逐渐减少58%~74%和34%~53%,在断面1的减少量高于断面2。断面1和2上含量最高的分别是海盐气溶胶(>30%)和二次气溶胶(42%)。二次气溶胶和其他人为源气溶胶(包括生物质燃烧、Soot-like气溶胶和含铅气溶胶)对两个断面的贡献显著,因此人为源对南黄海气溶胶的贡献不容忽视。

山东省大气细颗粒物来源解析的研究现状与展望

对目前公开发表的39项山东省PM_(2.5)源解析研究进行了梳理与总结,综述了山东省各地级市PM_(2.5)源解析的研究现状和进展,概括了其时空分布特征,并对其影响因素进行了分析.结果表明,受体模型法是山东省PM_(2.5)源解析工作中使用最多的方法;二次源((36.1±8.5)%)是山东省PM_(2.5)的首要贡献源,其次是尘源((18.4±8.6)%),燃煤源((18.2±7.0)%)和机动车源((17.7±11.7)%);不同年间济南市和青岛市PM_(2.5)源解析结果表明,近年来二次源和机动车源的相对贡献有所增加.对山东省PM_(2.5)源解析提出了几点展望:不同地区宜采用统一或有地区针对性的源解析技术;亟需综合源清单或空气质量模型等解析分摊二次源贡献,区分本地源与区域传输贡献,提供更为精细的源解析结果;加强长期及多地同步观测,以了解该地区PM_(2.5)及其来源的时空与历史变化趋势.

大气棕碳气溶胶吸光特性影响因素的研究进展

棕碳(BrC)是大气中一类重要的吸光性含碳气溶胶,因其对区域乃至全球辐射强迫和气候具有显著影响而备受关注。然而,对大气中BrC吸光特性缺乏全面认识是导致其辐射强迫评估不确定性的关键因素之一。通过梳理近年来国内外BrC吸光特性的相关研究,发现BrC来源、发色团组成、大气过程、p H条件和共存金属等都是影响BrC吸光特性的潜在因素,系统总结了现有研究中对BrC吸光特性影响因素及影响机制的认识,并对未来BrC吸光特性及影响因素相关的研究方向提出了建议与展望.

大气棕色碳的研究进展与方向

有机气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分.近年来,部分有机气溶胶被证实在紫外-近可见光波段能进行有效光吸收.吸光有机气溶胶(即棕色碳)已成为当前国际大气环境领域的研究热点之一,其吸光贡献对辐射强迫、区域空气质量、全球气候变化的影响备受关注.中国城市群区域大气复合污染严重,2013年1月以来,大尺度区域能见度降低、灰霾现象频繁发生.研究表明,中国大气棕色碳的负荷高,其重要贡献源类如生物质与化石燃料燃烧等排放量大,棕色碳在中国大气细颗粒物总消光中的贡献及其辐射强迫亟需评估.然而,棕色碳的基础研究还较为薄弱,特别是对它的组成及来源的认识仍十分有限.本文旨在指出在中国开展大气棕色碳研究的紧迫性和必要性,并从棕色碳的来源、组成、测量方法、浓度分布、光学特性、辐射强迫贡献等角度介绍目前国际研究进展,提出现有问题与不足,以及对未来研究方向的建议,以促进对棕色碳的认识与了解,为中国在该领域的研究提供参考和依据.

机动车源对细颗粒物的贡献估算方法综述

近年来,随着机动车保有量的增加,机动车源成为导致大气颗粒物污染的主要源类之一.机动车源对大气细颗粒物(PM_(2.5))的浓度贡献,以及如何准确评估机动车源贡献是目前亟需解答的问题.本研究在调研已有文献研究的基础上,总结了目前机动车源贡献评估的主要方法,包括基于源清单信息的方法、受体模型法、化学传输模型法、混合源解析方法等,阐释了各种方法的原理与应用,评述了各种源解析方法的优势与存在的问题;此外,总结了国内不同城市(尤其是北京市)机动车源对细颗粒物的贡献,指出了定量机动车源贡献中面临的挑战与尚待解决的问题.

在线单颗粒气溶胶质谱SPAMS对细颗粒物中主要组分提取方法的研究

在对美国气溶胶飞行时间质谱仪(aerosol time-of-flight mass spectrometer,ATOFMS)和中国单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)前期研究调研的基础上,总结并比较了国内外飞行时间质谱(time-of-flight mass spectrometry,TOF-MS)研究中含硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳(OC)和元素碳(EC)等5种主要组分颗粒的典型提取条件.结合SPAMS单颗粒谱图的特点,本研究通过限定示踪离子,对5种主要组分的提取方法进行改进,提出了新的SPAMS组分示踪离子提取方法.以北京市2013年1月SPAMS实测数据为例,对不同提取方法的结果进行对比分析.并将本研究方法 SPAMS主要组分结果与离线滤膜样品的实验数据进行对比,验证了本研究所提出的优化方案的合理性.同时指出SPAMS在未来的应用研究中需考虑的因素及进一步深入的研究方向.

PM_(2.5)源解析方法的比较与评述

当前我国PM2.5污染严重,空气质量、大气能见度和人体健康均受到影响和威胁,准确判定解析和定量确定PM2.5的来源是有针对性地制定相关政策法规和控制措施的重要科学前提.本文简要总结目前3大主要颗粒物源解析方法——源清单法、扩散模型法和受体模型法的发展历程和应用特征;以美国亚特兰大采集的PM2.5及化学成分为公共数据平台,评述了目前几种主要PM2.5源解析模型(受体模型和扩散模型)的方法特点以及适用性,分析了不同源解析方法对机动车源、燃煤源、生物质燃烧源、道路尘以及二次源等多种源类的解析特点、结果差异以及可能原因,总结了各种源解析方法在方法及应用上的优势和局限,提出多种方法集成应用和发展混合模型是未来开展颗粒物源解析工作的方向.

珠江三角洲地区亚运期间颗粒物污染特征

为研究2010年广州亚运会期间珠江三角洲地区颗粒物污染特征,2010年11月11日—30日分别在广州市区城市点及下风向鹤山区域点采集24h颗粒物样品,对其主要化学组分(有机碳OC、元素碳EC和水溶性离子)进行测量.结果显示,观测期间广州和鹤山PM2.5平均质量浓度分别为(73.3±16.5)μg·m-3和(98.2±20.8)μg·m-3.鹤山PM10平均浓度高达131.6μg·m-3,且PM2.5占PM10的74%,表明区域PM2.5污染凸显.广州和鹤山PM2.5中二次无机离子(SNA)分别占39%和42%,有机物(OM)分别占31%和26%,EC分别占5%和6%.根据EC示踪法粗略估算,广州和鹤山PM2.5中一次有机碳POC分别占15%和13%,二次有机碳SOC分别占4%和3%.总体上,广州和鹤山PM2.5中二次生成(SNA+SOA)均约占50%,表明珠江三角洲地区PM2.5区域性二次污染的特征.广州市区PM2.5及SNA、Cl-和EC明显低于区域点鹤山浓度水平;与2004年同期研究(PRIDE-PRD2004)结果相比,气象条件相似,而广州市区PM2.5及EC浓度分别显著降低达29.6μg·m-3(29%)和3.5μg·m-3(49%),反映出亚运期间一次排放得到有效控制.

气溶胶OCEC切割点确定方法改进及应用

用MOUDI采样器分级(0.18～18μm,8级)采集北京(BD)及美国亚特兰大(GT)2011年7、8月大气气溶胶样品,测定有机碳(OC)及元素碳(EC).结果表明,由于石英膜结构在灼烧过程中变化,空白膜激光值在OCEC分析过程会随温度改变而变化,且整体呈下降趋势,扣除空白膜激光值变化后手动确定切割点,即激光校正切割可以提高切割点准确性.采用激光校正切割法得到的OC、EC浓度及粒径分布与有氧无氧切割法不同.一些样品切割点出现在通氧前,原因可能是气溶胶中金属等可在无氧环境中催化氧化EC或受热后分解、变色的吸光物质含量较高等.GT气溶胶碳质组分浓度低于BD,且除GT采样点EC外,均呈双峰分布.BD及GT两个采样点OC浓度在0.56～1.0μm、3.2～5.6μm两个粒径段出现峰值,采样期间BD峰值浓度分别为(2.82±1.59)μg.m-3、(1.95±0.76)μg.m-3,GT峰值浓度分别为(1.28±0.41)μg.m-3、(0.64±0.19)μg.m-3.BD采样点EC浓度峰值出现在1.0～1.8μm、3.2～5.6μm,分别为(0.32±0.24)μg.m-3、(0.26±0.19)μg.m-3.GT采样点EC呈三峰分布,集中于粒径更小的气溶胶中,粒径为0.18～0.56μm气溶胶中EC含量占总采样粒径段44.6%.GT采样点OC、EC浓度均较BD更集中于积聚模态,原因可能为夏季GT主要污染源是机动车尾气排放,而BD存在较多工业活动等排放.

结合外场观测分析珠三角二次有机气溶胶的数值模拟

结合2008年11月18~25日期间珠三角地区的二次有机气溶胶(SOA)外场观测数据,验证区域空气质量模式WRF/Chem(weather research and forecasting model with chemistry)中两种SOA化学机制——VBS(volatile basis set)和SORGAM(secondary organic aerosol model)对珠三角SOA的模拟效果.VBS机制考虑了更为广泛的SOA前体物和化学老化过程,SOA模拟值更接近观测值,能合理反映SOA观测值的逐天变化趋势,与观测值的平均绝对偏差和相关性分别是-4.88μg·m-3和0.91,而SORGAM机制的分别为-5.32μg·m-3和0.18.利用VBS机制模拟区域内SOA的时空分布,结果显示SOA浓度具有显著的昼夜变化特征,浓度峰值出现在中午时段.受到输送和臭氧区域分布的影响,各城市SOA浓度差异显著,下风向的城市(如中山、珠海、江门)SOA浓度较高.