大气气溶胶和雾霾：沙尘长途传输的酸度影响

图10-1表明，在DS2期间，各采样点Al的浓度均有明显增加，增加的时间随与源区距离的增加有不同程度的滞后。因此，用DS2期间的样品，更有利于研究沙尘期间各点之间的相互联系。由于未测定H+和CO23-离子浓度，用总阳离子浓度和与总阴离子浓度和的比值（∑+／∑-）可指示气溶胶的酸度［9，32］。图10-6是气溶胶水提取液中∑+／∑-的比值随与源区距离增加而变化的趋势图。可见，随着沙尘颗粒的传输，其酸度逐渐增大，在东部沿海地区（上海），∑+／∑-仅有0.5，在TSP和PM 2.5样品中，分别比沙尘源区低88%和80%。酸度的增加，可能是由于碱性的矿物颗粒在传输过程中，与途中工业和居民释放的酸性气溶胶或酸性气体发生相互混合、相互作用而引起的。图10-7显示了从沙尘源区附近（多伦、榆林）到沿海沉降区（青岛、上海），气溶胶中SO24-／Ca2+、NO 3-／Ca2+的比值逐渐增大，证实了含Ca矿物颗粒（主要是CaCO 3与SO 2、NO x、SO24-、NO 3-在　传 输　途 中　发 生　了 反　应）［9，32］。∑+／∑-的　降　低 和SO 24-／Ca2+、NO3-／Ca2+的增加，在TSP中更明显，表明上述反应主要发生在粗颗粒上。其原因可能是，粗颗粒的碱性大，更易与酸性物质发生反应，也可能与反应的机理有关。相同质量的颗粒物，细颗粒的表面积更大，但此反应在细颗粒上并不具优势，表明反应可深入颗粒内部。RH是决定反应能否进入颗粒内部的重要因素。当RH高于20%时，CaCO 3与HNO 3的反应可侵入内部［33］。DS2期间RH的平均值为22%，表明反应可进入颗粒内部。在这种情况下，生成硫酸盐、硝酸盐的量与颗粒物质量正相关［34］，因此TSP更有利于二次组分的生成。

图10-6　DS2沙尘传输过程中颗粒物上∑+／∑-（左图）、SO24-／Ca2+和NO3-／Ca2+（右图）的变化（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

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图10-7　2004年春季北京PM 2.5气溶胶中化学组分的富集系数（EF）（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

图10-6显示SO 24-／Ca2+回归线的斜率高于NO 3-／Ca2+，表明颗粒上硫酸盐的形成比硝酸盐明显。这可能由于大气中NO 2浓度较低，不过硫酸盐和硝酸盐不同的形成机制，也可能是重要的原因。有研究表明，NO 2与矿物颗粒的反应性低于SO 2［35，36］，但其准确机理需要进一步的研究。