来自《大气气溶胶和雾霾新论》的研究结果

2002年3月20—21日，一场特大沙尘暴再次袭击北京。在此期间，TSP质量浓度的最高峰达到11 000μg·m-3，甚至细颗粒物PM 2.5高达1 393μg·m-3。按照12 h的平均值，PM 2.5占TSP的31%。而其中Fe的浓度在TSP中为286μg·m-3，在PM 2.5中为54μg·m-3。经水洗提的沙尘暴气溶胶可溶于水部分的SO 24-，在TSP中 为54.2μg·m-3，在PM 2.5中为21.5μg·m-3。我们连续收集并分析了此次特大沙尘暴前后和沙尘暴发生期间的TSP、PM 2.5和PM 10气溶胶中各种元素的组成和有关离子的含量。图5-1表明，无论在沙尘暴气溶胶TSP还是在PM 2.5中，Fe、S以及可溶于水部分的SO 24-，在沙尘暴期间存在着明显的正相关。很值得注意的是，沙尘暴过后几天后气溶胶尤其是细颗粒物PM 2.5的SO 24-和S的浓度是沙尘暴刚结束的当天相应浓度的3～5倍［见图5-1（a）］。我们已经连续在2000—2002年3年的沙尘暴及其后续期间，观测到这种同样的变化趋势。这一重要证据表明，在长距离的传输过程中，大量沙尘暴矿物气溶胶（尤其是PM 2.5细颗粒物）与途中的污染物气溶胶进行颗粒物内或颗粒物间的混合，直接导致了SO 2-4和S的浓度升高。一个可能的解释是，矿物气溶胶含有大量的铁锰氧化物，如Fe（Ⅲ），可以催化氧化或者经由光解产生OH·自由基，进而氧化S（Ⅳ），生成固相的硫酸盐颗粒物。同时，矿物气溶胶表面的碱性氧化物，有利于对酸性气体SO 2的吸收。加之，PM 2.5细颗粒物的大表面积，为这些异相反应提供了更多的反应机会，进而强烈地促进S（Ⅳ）的异相氧化，导致SO 2-4和S浓度升高。

图5-1　Fe、S和SO24-浓度在2002年特大沙尘暴前后的变化（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

（a）PM 2.5；（b）TSP。