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大气气溶胶和雾霾新论:离子浓度差异及空间分布

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:多伦地区的主要矿物离子浓度,要低于其他地区。图9-11显示K+的空间分布和上述矿物离子的分布明显不同。无论在TSP还是PM 2.5中,北师大和密云地区的K+浓度最高,青岛和上海次之,而榆林和多伦最低。图9-112004年春季TSP和PM 2.5中Na+、Mg2+、Ca2+和K+的空间分布图9-122004年春季TSP和PM2.5中NH4+、NO3-和SO24-的空间分布硫酸盐和硝酸盐主要来自其前体物SO 2和NO x的均相或异相氧化。图9-13给出了2004年春季6个采样点NO 3-/SO24-比值的变化。

大气气溶胶和雾霾新论:离子浓度差异及空间分布

图9-11给出了主要矿物离子Na+、Mg2+、Ca2+以及K+的空间分布。多伦地区的主要矿物离子浓度,要低于其他地区。Na+的浓度,青岛最高,榆林上海次之,密云基本与多伦相当。在多伦源区,Na+主要来自地壳源;而在沿海地区的青岛和上海,有部分来自海洋源。因此,青岛和上海两地的Na+浓度相对较高。Mg2+和Ca2+与元素Mg和Ca的空间分布类似,榆林和北师大最高,其次为密云,青岛和多伦相对较低。有意思的是,当把Ca相对Ca2+作图时,我们发现北师大的Ca2+/Ca的变化范围最大,说明北京市区Ca的来源复杂,是道路扬尘、建筑扬尘以及土壤尘等多种来源的相互混合。K+通常被认为是生物质燃烧指示物。图9-11显示K+的空间分布和上述矿物离子的分布明显不同。无论在TSP还是PM 2.5中,北师大和密云地区的K+浓度最高,青岛和上海次之,而榆林和多伦最低。

图9-11 2004年春季TSP和PM 2.5中Na+、Mg2+、Ca2+和K+的空间分布(μg·m-3

图9-12 2004年春季TSP和PM2.5中NH4+、NO3-和SO24-的空间分布(μg·m-3)(www.xing528.com)

硫酸盐和硝酸盐主要来自其前体物SO 2和NO x的均相或异相氧化。随着经济的迅猛发展,硫酸盐和硝酸盐日益成为城市大气颗粒物尤其是细颗粒物最重要的组成成分。在TSP中,硝酸盐和硫酸盐的中值浓度按密云<北师大<青岛<上海依次增加,榆林和多伦浓度相对较低(见图9-12)。榆林和多伦地区的机动车数量以及燃煤污染等,均远小于中国东部沿海发达城市,再加上春季气候的相对干燥(3、4月份榆林和多伦的平均相对湿度分别为25%和34%),导致了较低浓度的二次气溶胶。与此相比,青岛和上海空气则相对湿润(平均相对湿度分别为64%和67%),加上大量的机动车尾气排放,致使二次气溶胶的浓度高于其他地区。北京虽然机动车数量高于青岛和上海,但由于春季气候相对干燥(平均相对湿度为33%),因此硫酸盐和硝酸盐的浓度低于青岛和上海。PM 2.5中硫酸盐和硝酸盐的空间分布与TSP有所不同。硝酸盐北师大最高,青岛次之,上海又次之,然后为密云和榆林,多伦浓度最低;而对于硫酸盐,除了上海的浓度较北师大低以外,其余的空间分布与TSP中的相似。TSP和PM 2.5中二次气溶胶空间分布的差异,主要与部分粗颗粒物和细颗粒物的不同来源有关。

由于机动车尾气排放的氮氧化物(NO x)是大气气溶胶中NO 3-的主要来源,故NO 3-/SO 24-比值可用于指示大气气溶胶流动源(如机动车排放)与固定源(如燃煤)的相对贡献。NO 3-/SO 24-比值越高,流动源的比例越大[15]。图9-13给出了2004年春季6个采样点NO 3-/SO24-比值的变化。由图可见,①榆林和多伦两地的NO 3-/SO 24-比值显著低于其他四地,表明榆林和多伦由机动车尾气排放引起的污染,要比其他地区轻;②每次沙尘事件都对应着低的NO 3-/SO 24-值,而且最低值出现在沙尘暴高峰过后,而不是沙尘暴高峰期间。这从一定程度上说明,沙尘对NO 3-有清除作用。沙尘可以同HNO 3等反应,生成粗颗粒态的Ca(NO 32,从而易发生重力沉降,使沙尘高峰过后硝酸盐的浓度偏低,进而导致低的NO-3/SO2-4比值。

图9-13 2004年春季六地NO3-/SO24-的比值和元素Al的浓度(μg·m-3)(彩图见下载文件包,网址见14页脚注

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