大气气溶胶离子和元素组成

表27-4是泰山顶部PM 2.5和TSP中离子的质量浓度。泰山顶部夏季不仅细颗粒浓度远高于春季，细颗粒中水溶性离子的含量也远高于春季，春季水溶性离子在TSP和PM 2.5中的含量分别为10.82%和23.99%，夏季则上升为40.89%和41.08%，夏季二次气溶胶在颗粒物中的比例明显比春季高。不论在春季还是夏季，水溶性离子在PM 2.5中的含量都明显高于TSP中，说明二次污染物主要存在于细颗粒物中，特别是SO 24-、NO 3-、NH 4+。3种离子在PM 2.5中占可测水溶性离子的61.5%（春季）和72.65%（夏季），而在TSP中也分别达到69.20%（春季）和71.47%（夏季）（表27-5）。Ca2+在春季浓度较高，在TSP中占到总离子的21.93%，证明春季气溶胶中沙尘源贡献较大。而作为生物质燃烧指示物的K+，在夏季表现出较高的浓度和相对值，占到总离子的8.37%。泰山夏季的K+浓度是所有采样点中的最高值，达到4.4μg·m-3，而同是高山采样点的贡嘎山，K+浓度只有0.21μg·m-3。高浓度的K+离子贯穿整个夏季的采样时间，表明泰山夏季长时间受到严重的生物质燃烧污染。PM 2.5中K+与生物质燃烧排放有关的化学组分有显著的相关性，这进一步证明颗粒物和这些化学组分的同源性。泰山硝酸根的含量大大低于硫酸根的含量，而在发达城市（上海和北京）以及西部沙源地边缘城市（乌鲁木齐），气溶胶中的硝酸根都与硫酸根的含量较为接近，说明泰山顶部不像这些城市采样点那样受到交通污染的严重影响，而主要是受到生物质燃烧和二次污染的影响。水溶性离子由于有吸水性，所以在许多大气过程中起非常关键的作用，例如云的形成、能见度和辐射强度的降低、云雨雾的酸化以及霾的形成［24 27］等。霾天气通常发生在温湿度相对低和低风速的条件下，伴随着较高比例的细颗粒物和较高的水溶性离子浓度，例如SO 24-、NO 3-、NH 4+。北京以及泰山在沙尘、霾以及干净天气中气溶胶的特性见表27-5，泰山顶部气溶胶中水溶性离子占颗粒物的百分比C IC／C P，SO24-、NO 3-、NH 4+三种离子在总离子中的含量C（S+N+A／）C IC，SO 2氧化率SOR和氮氧化物氧化率NOR，与北京霾天气中的非常相似。泰山顶部月均能见度只有9.0 km，说明霾频发。

表27-4　泰山顶部PM 2.5和TSP气溶胶中水可溶性离子浓度（μg·m-3）及其夏季与春季的浓度比值

（续表）

表27-5　泰山顶部及北京PM 2.5和TSP中水可溶性离子的平均浓度及其硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）

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C（S+N+A）：SO24-，NO3-和NH 4+三种离子的浓度和（μg·m-3）；C IC：水溶性离子的总浓度（μg·m-3）；C P：TSP或PM 2.5的质量浓度（μg·m-3）；SOR：硫氧化率，SOR=n SO24／-（n SO24-+n SO2）；（n表示克分子浓度）；NOR：氮氧化率，NOR=n NO3-／（n NO3-+n NO2）（n表示克分子浓度）。

表27-6列出了泰山气溶胶中9种金属元素以及黑碳（BC）的浓度。可以看出，矿物元素（Ca、Mg、Al、Mn、Ti、Sr和Na）春季高；而除了As和Cu，其他污染元素（包括Pb、Cr、Cd、Zn、Ni、S和BC）都是夏季偏高。所有的元素可以根据其富集系数［EF=（X／Al）气溶胶／（X／Al）地壳］的大小分为4组：高富集污染元素（Pb和As）、中等富集污染元素（S和Zn）、微富集污染元素（Ni、Cu和Cr）和非富集的矿物元素（Ca、Ma、Al、Mn、Ti、Sr和Na）。所有元素的富集系数见图27-2。矿物元素的富集系数是TSP高于PM 2.5，而所有的污染元素正好相反，是细颗粒物高于粗颗粒物。As和Pb这2个高富集的污染元素，表现出不同的季节变化，Pb在夏季高而As在春季高。

表27-6　泰山顶部PM 2.5和TSP气溶胶中元素浓度（μg·m-3）及其夏季与春季浓度比值

BDL：低于检测限；BC：黑碳（表中在BC以下元素的浓度单位为ng·m-3）。