沙尘过程中汾渭平原气溶胶化学组分及含水量的演变特征研究

为研究沙尘过程对下游城市地区空气质量的影响,本文基于2021年3月10日—4月6日气溶胶化学组分和气象要素的在线观测数据,结合MODIS卫星遥感AOD(Aerosol Optical Depth)数据、MERRA 2再分析数据和环境六要素数据,探讨了汾渭平原两次沙尘过程和一次扬尘过程中气溶胶化学组分的演变特征,使用ISORRPIAⅡ模式计算了气溶胶含水量和pH,分析了其变化特征.结果表明:①沙尘1(2021年3月16日00:00—21日07:00)、扬尘(3月21日08:00—28日14:00)和沙尘2(3月28日15:00—31日21:00)期间,西安市PM10平均浓度分别为309.5、168.3和472.2μg/m^(3),分别是沙尘前(3月10日00:00—15日22:00)的2.7、1.5和4.1倍.②两次沙尘和扬尘均起源于内蒙古自治区阿拉善盟以及甘肃省酒泉市—张掖市—金昌市一带,但由于传输路径存在显著差异,导致对地面PM_(2.5)浓度的影响不同,沙尘1、扬尘和沙尘2期间PM_(2.5)浓度分别是沙尘前的1.2、1.1和2.5倍.③沙尘和扬尘过程中PM_(2.5)中水溶性离子浓度占比均减小,沙尘1、扬尘和沙尘2中水溶性离子占比分别为45.8%、37.9%和14.8%.在不同阶段PM_(2.5)中水溶性离子占比最高的均为NO_(3)^(−),范围为24.6%(沙尘2)~38.7%(沙尘前);其次是NH4+,占比在19.1%(沙尘前)~22.3%(沙尘2)之间.沙尘过程对SO_(2)转化生成SO_(4)^(2−)的影响要弱于对NO_(2)转化生成NO_(3)^(−)的影响.④沙尘1过程中POC(一次有机碳)占比最高为49.0%,但在扬尘和沙尘2过程中POC占比均较低,分别为42.3%和41.2%,略低于沙尘前.⑤沙尘1、扬尘和沙尘2过程中气溶胶含水量均显著降低,分别为沙尘前的29.9%、43.7%和6.2%.⑥沙尘过程使得水溶性离子中阳离子含量增加,使得气溶胶碱性增强.沙尘1和沙尘2过程中pH分别为6.7和6.5,高于沙尘前(6.2).研究显示,沙尘传输对汾渭平原城市大气中PM_(2.5)化学组分影响较大,显著降低了气溶胶的含水量,增加了气溶胶的pH,导致气溶胶的酸碱性变化,从而影响气溶胶化学组分的生成机制.

长沙市冬季不同污染水平颗粒物中二次无机离子赋存形态及生成特征

基于PM_(2.5)中二次无机离子(SNA)、气态前体物以及气象参数在线监测数据,对长沙冬季不同污染水平下SNA浓度、赋存形态及生成特征进行分析。结果显示,NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-)浓度分别为(20.6±14.1)μg/m^(3) ,(7.0±3.9)μg/m^(3) 和(5.2±2.8)μg/m^(3) 。SNA同PM_(2.5)浓度的占比高达53.9%,组分中NO_(3)^(-)浓度贡献最大。污染天SNA浓度是清洁天的1.3倍,NO_(3)^(-)涨幅最大。相较于清洁天,污染天气态前体物NO_(2) 和SO_(2) 浓度及相对湿度较高。清洁天SNA主要以(NH_(4) )_(2) SO_(4) 和NH_(4) NO_(3) 的形式存在,而污染天SNA主要以NH_(4) HSO_(4) 和NH_(4) NO_(3) 的形式存在。长沙冬季气溶胶pH均值为3.1,污染天气溶胶pH值更低。污染天氮氧化率(NOR)和硫氧化率(SOR)均高于清洁天。污染天SOR、NOR与AWC的相关性也明显高于清洁天。污染天SO_(4)^(2-)生成以液相反应为主,NO_(3)^(-)生成以非均相反应为主,AWC的升高促进SOR和NOR。

冬季NH_(3)和液态水含量对PM_(2.5)中SNA形成的影响与敏感性分析

为了解冬季不同污染等级下NH_(3)和AWC(Aerosol Water Content,气溶胶液态水含量)对PM_(2.5)中水溶性二次离子形成的影响,对保定市冬季颗粒物浓度、二次离子及前体物(SO_(2)、NO_(2)、NH_(3))浓度进行了分析,并利用ISORROPIA-Ⅱ计算了PM_(2.5)中的AWC和pH.结果表明:①2017—2018年冬季保定市重污染期(AQI>200)ρ(PM_(2.5))、ρ(SO_(2))、ρ(NO_(2))和ρ(NH_(3))较优良期(AQI<100)分别升高了3.0、1.1、1.3和0.8倍,气态前体物的二次转化是污染形成的重要原因之一.重污染期ρ(NH_(4)^(+))、ρ(SO_(4)^(2-))、ρ(NO_(3)-)较冬季平均值分别升高了1.2、0.9、1.3倍,其中ρ(NO_(3)-)升幅最大,其次为ρ(NH_(4)^(+)).②保定市大气中过剩NH_(3)指数为0.1μmol m^(3),采样期间为富氨环境,NO_(3)-的生成主要受HNO_(3)限制.③重污染期PM_(2.5)中AWC高达93.6μg m^(3),是优良期的20.6倍,观测期间保定市SO_(4)^(2-)的二次生成以颗粒物表面液相氧化为主,即SO_(2)被NO_(2)和NH_(3)氧化,NO_(3)-的二次生成包括NH_(3)参与的非均相转化和N_(2)O_(5)的非均相水解过程.④整体而言,pH变化的敏感性表现为TA(总氨)浓度>TS(总硫)浓度>TN(总氮)浓度≈TA+TS+TN浓度(同时改变相同比例的总氨、总硫、总氮浓度),随污染等级的升高,pH对TS、TA浓度变化的敏感性减弱,对TN浓度变化的敏感性增强;单独改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性弱,同时改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性较强,AWC变化与二次离子浓度密切相关.研究显示,保定市冬季污染期SNA的形成以液态水参与的液相氧化为主,NH_(3)可以维持颗粒物的高pH,保持氧化过程.

关中盆地NO_(2)和SO_(2)对颗粒物污染的协同效应

基于WRF-Chem模式模拟了关中盆地2019年1月2—14日一次颗粒物污染事件,评估了NO_(x)和SO_(2)减排及其在颗粒物污染中的协同作用对PM_(2.5)污染的影响。敏感性实验结果表明:NO_(x)减排可使PM_(2.5)中硝酸盐含量下降,但大气中O_(3)浓度上升,大气氧化能力增强,其他二次组分上升,导致PM_(2.5)下降不明显;SO_(2)人为源减排可使硫酸盐质量浓度下降,但由于硫酸盐在PM_(2.5)中占比较低,当SO_(2)减排75%时,PM_(2.5)仅下降1.74%;当减排比例较高时,NO_(x)和SO_(2)同时减排更有利于颗粒物污染防治。PM_(2.5)质量浓度在NO_(x)和SO_(2)同时减排75%时比分开减排75%时多下降0.75%,主要是硫酸盐下降所致;对气溶胶含水量进行分析,发现NO_(x)对气溶胶含水量影响较大,当NO_(x)减排75%时,气溶胶含水量可下降15.51%;此外,NO_(x)和SO_(2)同时减排比分开减排时气溶胶含水量更低,更不利于二次颗粒物生成。

遥感、空间光学仪器

P407.4 2002043176用 CCD 摄像机动态估算测量云雾含水量的初步试验=Elementary experiment of using a CCD csmera toestimate the liquid water content of fog[刊,中]/谢兴生(中国科技大学大气光学遥感实验室.安徽,合肥(230026)),吴兑,邓雪娇。

富氨对常州PM_(2.5)理化性质与二次反应的影响

NH_(3)是PM_(2.5)重要前体物,并影响其理化性质.基于2021年12月至2022年2月江苏常州NH_(3)、SO_(2)、NO_(2)、PM_(2.5)及其水溶性离子在线观测,结合热力学平衡模型计算气溶胶酸度和气溶胶含水量(AWC),分析了富氨条件下NH_(3)-NH_(4)^(+)转化对AWC、酸度及二次反应的影响.结果表明,2021年冬季常州为富氨,富余程度随PM_(2.5)浓度升高而加强,NH_(4)^(+)以NH_(4)NO_(3)和和(NH_(4))_(2)SO_(4)为主,多数时段有少量NH_(4)Cl.气溶胶呈中等酸度,pH均值4.2±0.4,与大气NH_(3)浓度正相关,pH值变幅随污染升级收窄趋中至4~5之间;AWC随湿度和颗粒物二次离子浓度升高而指数级攀升,主要由NH_(4)NO_(3)、(NH_(4))_(2)SO_(4)和NH_(4)Cl吸湿贡献,占比分别为58.5%、18.4%和8.3%,污染条件下NH_(4)NO_(3)主导颗粒物吸湿增长.NH_(3)-NH_(4)^(+)促进SO_(2)非均相反应和NO_(3)^(-)均相反应生成.因富氨环境,需降低30%以上NH_(3)方可影响pH值和含水量等理化性质.该结果对理解二次反应影响、支撑当地空气质量改善提供了参考.