中国科学院大气物理研究所
Institute of Atmospheric Physics (IAP), Chinese Academy of Sciences (CAS)
大气边界层物理和大气化学国家重点实验室
State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry (LAPC)
新闻动态

我国中部典型峡谷城市三门峡气溶胶化学组成和来源解析

发布日期:2020-07-10

三门峡位于我国中部的汾渭平原,地处豫晋陕三省交界金三角地区,大气污染水平较高,且它属于五线城市。我国五线城市的数量占337个地级以上城市总数的38%,但是相关大气污染的深入研究工作开展的较少。中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室的李杰研究员和特别研究助理王晴晴与多家科研单位和环境监测站合作,共同对三门峡的气溶胶化学组成和来源进行了研究。


图1.采样站点附近的三门峡天鹅湖公园风光 (王晴晴拍摄于2019年2月)

三门峡的PM2.5浓度从2014年到2019年降低了18%,PM2.5化学组成有显著的季节变化(图2)。该地区冬季静稳天气出现的频率高且污染物排放量大,所以冬季颗粒物污染最重。研究团队选择冬季开展了为期一个月的非耐火性亚微米气溶胶(NR-PM1)在线加强观测,捕捉到一个持续了16天的强污染过程。分析结果表明,二次气溶胶组分(包括二次有机气溶胶、硫酸盐、硝酸盐和铵盐)对NR-PM1的贡献为89%,在三门峡地区的重污染形成过程中起了显著作用。

图 2. 2018年7月到2019年6月的:(a)PM2.5及其(b)化学组成(EC、OM、SO42−、NO3−、NH4+和Cl−)贡献的时间序列;各季节及不同PM2.5污染水平下(LowPM: PM2.5 < 35 µg m−3; MidPM: 35 ≤ PM2.5 ≤ 75 µg m−3; HighPM: PM2.5 > 75 µg m−3)各化学组分的(c)日变化特征和(d)平均贡献。图c中坐标轴的颜色指代季节和三种污染水平,与图a和图d中的颜色标注指代一致。图c中EC和Cl−的浓度被扩大三倍以放大其变化特征。

图2中硝酸盐在春、秋、冬季为首要PM2.5污染组分。加强观测的重污染期间硝酸盐也为首要NR-PM1污染组分。PMF源解析的结果表明,重污染期间低挥发性的二次有机气溶胶(LVOOA)和烃类一次有机气溶胶(HOA)的贡献突出,而燃煤有机气溶胶(CCOA)和半挥发性二次有机气溶胶(SVOOA)的比重在清洁时段显著增加。加强观测期间NO2与HOA的相关性很好,且硝酸盐与两个二次有机源(SVOOA+LVOOA)的趋势最为同步。基于以上分析,三门峡地区的空气质量改善未来应该重点关注气态前体物,特别是工业源和机动车源排放的NOx的控制。


图3.加强观测期间所用设备
(a)气溶胶化学组分在线监测仪(ACSM)
(b)观测站房顶ACSM采集颗粒物的进样口

此外,该站点的重污染事件主要受本地排放和西南方向近距离污染物输送影响,这与三门峡的地形和工业源分布特征一致。气团后向轨迹分析也表明地形因素使得三门峡的大气污染物只有在清洁力强的西北气团的完全控制下才能被显著清除,其他长距离输送对三门峡污染物的增减趋势影响作用则不明显。同时,在清晨和上午,高空污染物沉降使得三门峡地面气溶胶浓度(主要是二次组分)增加,表明三门峡的峡谷地形和气象场使得颗粒物呈现典型的日变化特征。研究结果为空气质量模式的改进和我国中部典型城市地区的空气污染控制进一步提供了科学的依据和参考。该研究发表于Chemosphere,受到国家大气污染防治联合攻关中心“一市一策”项目的支持,由国家重点研发计划项目(2017YFC0212402等)资助。



图4. 72小时后向轨迹(AGL = 500 米)聚类分析结果。其中图a的统计区间为整个加强观测期间(2018年12月21日到2019年1月21日)。图b和c的统计区间分别为图2中标注的清洁时段和重污染时段。图a–c中按照轨迹的颜色标注了站点平均PM2.5浓度和轨迹出现的概率,图b和c中标注了对应污染过程中NR-PM1的化学组成和有机源贡献。图d为三门峡站点地形。

【文章信息】
Wang, Q., Li, J., Yang, J., Chen, Y., Li, Y., Li, S., Xie, C., Chen, C., Wang, L., Wang, L., Wang, W., Tong, S., Sun, Y., 2020. Seasonal characterization of aerosol composition and sources in a polluted city in Central China. Chemosphere 258, 127310.




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