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.

深圳市冬季大气中硝酸分配特征观测研究

总硝酸(TNO_(3)=HNO_(3)+NO_(3)^(-))的颗粒相分数ε(NO_(3)-)决定了TNO_(3)在大气中的寿命,然而在冬季城市地区对该分配过程仍然掌握较少.本研究于2022年1月1日~1月31日分别在深圳市城区点位和路边点位对大气HNO_(3)、NO_(3)-和相关污染物进行了在线连续观测.结果显示,深圳市城区冬季PM_(2.5)中NO_(3)-的平均浓度为(6.3±3.9)μg/m^(3),占PM_(2.5)质量浓度的24.7%,是PM_(2.5)中最重要的成分之一.本次观测期间城区点位和路边点位ε(NO_(3)^(-))均值分别为(0.81±0.13)和(0.75±0.16),TNO_(3)以向颗粒态分配为主.ε(NO_(3)^(-))日变化特征均表现为白天相对较低,夜间较高,较高的温度、较低的湿度和较酸性的环境会增强硝酸盐的挥发并向气相分配,从而驱动ε(NO_(3)^(-))的日变化.此外,气溶胶液态水含量(ALWC)和气溶胶pH值是影响深圳市冬季两个点位ε(NO_(3)_(-))差异性的最重要因素,平均贡献率分别为41%和31%,在对大气硝酸的生成转化进行模式模拟时这两个因素需被重点考虑.

北京市四季典型污染过程PM_(2.5)酸度与二次硝酸盐形成机制

基于北京市城区点位2022年观测数据,运用ISORROPIA-Ⅱ模型分析冬季霾、春季沙尘、夏季高臭氧与秋季PM_(2.5)与臭氧复合污染共4次典型污染过程PM_(2.5)的酸度特征,获得气溶胶pH值与硝酸盐快速增长的演变规律.结果表明,北京市气溶胶pH值为中度酸性,四次污染过程pH值范围分别为3.59~5.07,3.70~7.76,2.44~6.15和2.80~4.69.4次污染过程气溶胶pH值呈正态分布,pH值中位数分别为4.60、4.59、3.91和4.09.冬季霾污染过程气溶胶水含量最高,其气溶胶pH值最大.春季沙尘污染过程气溶胶pH值呈双峰分布,受到人为源与天然源共同影响.夏、秋两次污染过程PM_(2.5)酸性分别为最强和次强,可能与大气氧化性增强促进酸性气体被氧化有关.夏季气温高气溶胶pH值低,HNO_(3)倾向于向气相分配,硝酸盐占比最低(22%);秋季气溶胶pH值昼低夜高,有利于硝酸盐的夜间积累,硝酸盐占比与冬、春两次污染过程相当(27%~28%).北京大气气态NH_(3)充分富余,HNO_(3)与NH_(3)的中和(均相)反应为NO_(3)^(-)的主要生成机制,气溶胶中NH_(4)^(+)也相对富余,气溶胶中(NH_(4))_(2)SO_(4)、NH_(4)NO_(3)和NH_(4)Cl均可以充分耦合.研究显示,较高的气溶胶水含量和气溶胶pH值是污染期间硝酸盐快速增长的原因,针对气态前体物NH_(3)和NO_(x)的进一步减排是控制北京大气细颗粒的有效手段.

台风期间气溶胶酸度变化特征及影响因素定量分析

气溶胶酸度及其影响因素研究一直倍受关注,目前对特殊天气(如台风)影响下气溶胶pH演变规律的研究仍有限.本研究选择在夏季受台风影响频繁的中国东南沿海城市厦门,通过大气环境观测超级站获取常规空气污染物、PM_(2.5)化学组分及气象因子等高时间分辨率的在线观测数据,采用ISORROPIA-II模型估算了气溶胶pH、气溶胶液相水含量(ALWC)和氢离子浓度(H_(air)^(+)),分析了台风影响下化学组分、气溶胶pH变化规律,并对pH的影响因素进行了定量.结果显示,台风期间厦门市相对湿度变化剧烈,空气污染物浓度降低,水溶性无机离子中代表海盐气溶胶的Na^(+)、Cl^(-)浓度及占比显著升高.与非台风期间(pH范围1.42~2.90)相比,台风期间气溶胶pH变化幅度增大(pH范围1.32~3.49).敏感性分析表明,台风期间SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)、K^(+)、Mg^(2+)对pH的影响变强,NHx对pH的影响变弱.定量分析表明,非台风期间化学因素(46.9%)与气象因素(42.6%)贡献的气溶胶pH变化量相近,温度(21.6%)和相对湿度(21%)的贡献较高,其次是NH_(x)(13.3%)和SO_(4)^(2-)(12.9%).台风期间化学因素(65.4%)贡献的气溶胶pH变化量高于气象因素(22.1%),台风带来的碱性阳离子Ca^(2+)、K^(+)、Mg^(2+)(20.8%)和Na^(+)(19.3%)贡献升高,相对湿度(13.4%)和温度(8.7%)的贡献下降.