华北地区大气气溶胶和雾霾来源揭秘

北京市从20世纪90年代就采取了一系列控制空气污染的措施，包括使用低硫煤、天然气或者液化气取代部分燃煤，实施汽油无铅化以及重污染工业外移等。尽管如此，由于机动车尾气排放在过去十几年里迅速增加，以及大量燃煤继续使用，加之周边华北地区大气污染物的长途传输，因而北京市的大气颗粒物浓度依然居高不下［1-8］。有关北京气溶胶的理化特性，已进行了广泛的研究［9 13］。早在90年代初就观测到北京PM 2.5的年均浓度为89.7μg·m-3，发现有机碳（OC）、元素碳（EC）以及硫酸盐这3种主要成分，约占气溶胶颗粒物总质量的2／3［14］。CMB受体模型研究表明，柴油车尾气、煤燃烧和二次扬尘，是北京细颗粒物的主要来源。1999年7月—2000年9月，观测到PM 2.5浓度为37～357μg·m-3，且有明显的季节变化。有机碳是PM 2.5中最重要的化学组分，硫酸盐、硝酸盐和铵盐也是其中主要组分［15］。X.H.Yao等人报道了PM 2.5中的离子组成，硫酸盐、硝酸盐和铵盐分别占总可溶性离子质量的44%、25%和16%；讨论了不同粒径范围内的离子特性和形成机制；推断硫酸盐在夏季主要形成于云中过程，而在春季主要来源于非云中颗粒物表面的异相反应［16，17］。由于北京位于亚洲沙尘的下风向地区，亚洲沙尘所携带的矿物气溶胶混合了沿途各种污染气溶胶，长距离传输沙尘和人为污染物的混合气溶胶又与北京当地气溶胶混合，使得北京气溶胶的特性变得更为复杂。我们于2002年到2003年连续2年在北京交通区（位于二环和三环之间的北京师范大学）、工业区（位于首钢附近的北辛安小学）和居民区（位于四环附近的怡海花园）3个采样点同步采集PM 10和PM 2.5气溶胶样品，测定了大气气溶胶中的23种元素、15种离子以及元素碳和有机碳。交通点位于北京师范大学科技楼12楼屋顶约40 m高，居民点位于怡海花园内一座居民楼的楼顶（约40 m高），工业点位于首钢北辛安小学内的一个平房顶（约4 m高）。这3个采样点基本覆盖了北京各类不同的功能区，可以反映北京各区域的大气状况。采样点位置见图22-1。采样和化学分析方法详见第7、8、10章。本章基于2年的连续观测，系统分析北京大气气溶胶及其组分的季节变化与空间变化，进而揭示北京大气气溶胶的来源及形成机制。

图22-1　采样点图（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

（a）北师大；（b）首钢；（c）怡海花园。