大气气溶胶和雾霾：条件与来源解析

我们比较了北京城区每小时的气象资料，以及在采样点北师大检测的气溶胶中MSA的浓度（图34-2）。风向数据来自实地实时观测，其他气象数据来自网站下载资料（http：／／www.wunderground.com）。北京冬季以西北风和西风为主导风向，从蒙古高原移入的高压冷气团控制北京地区。冬季如果没有强冷锋过境，或者强高压气团控制，北京会受渤海海陆风影响（白天北风、夜间南风），但是我们采集的样品白天居多，而且冬季夜间MSA的检出率为TSP约50%、PM 10约20%、PM 2.5约10%，均小于白天的TSP约73%、PM 10约81%、PM 2.5约40%。这说明，即使夜间海-气交换带来的DMS能够到达北京地区，并且转化为气溶胶中的MSA，也只能影响我们采集的很小一部分样品。大多数样品是在西北风控制的天气下采集的，而且MSA的检出率高，浓度与北京夏季相当，这些情况明显与东南的海洋无关。2002年夏季，高压和高湿度控制着采样区［见图34-2（a）］，此时样品中的MSA大多低于50 ng·m-3。仅在6月19—20日和7月10—14日，由于气压急剧下降，温度高达30℃，MSA达70 ng·m-3，在7月13日甚至高达530 ng·m-3。这表明低压高温气团和长时间的辐照有利于MSA的生成。在7月1—8日，可能经由海洋的东南风和南风控制了北京地区［见图34-2（b）］，但是MSA浓度反而低于50 ng·m-3，甚至低于检测限。而6月26日（西南风约3 m·s-1）、7月11日（北风约4 m·s-1）和7月13日（西风约6 m·s-1）等，来自内陆方向的大风可能由于吹起更多的局地污染物，而使MSA浓度增加。上述数据充分说明，北京的MSA主要不是来源于海洋。

图34-2　北京气溶胶中MSA与气象条件的关系

（a）图中MSA的浓度单位（右）为10 ng·m-3，温度和露点的单位（左）为℃。

虽然海洋排放的DMS占DMS总排放量的98%［15］，但是大陆上的植被和土壤也可以释放DMS，且其速率随温度和辐照而呈指数上升。这一点已经在研究小麦以及其他诸如云杉、山毛榉树、芩树和橡树等中纬度地区树木［16］和赤道地区树木［17］时得到证明。肥料、盐沼植物、湿地和家畜等，也能够释放DMS。P.J.Maroulis和A.R.Bandy［18］测定了美国东部沿海地区的DMS。其浓度与风向关系不大，表明陆地源和海洋源同时存在。而S.Burgermeister［19］在德国污染严重的莱茵河地区冬季检测到了高达900 pmol·mol-1的DMS，而在法兰克福北部的山区，浓度却很低（6 pmol·mol-1），证实了当地的DMS主要来自陆地污染源的排放。这些例证说明，并不是所有地区的DMS都主要来自海洋源，在有的地区，DMS主要来自陆地源。如上所述，陆地源释放的DMS，极有可能是北京MSA的一个前体。此外，关于DMS是MSA唯一前体的说法正受到质疑。M.Legrand［13］发现，吸附在颗粒物表面的DMSO会很快被氧化，且至少1／3生成MSA。这一异相氧化过程，比DMSO与OH·的气相反应更有利于生成颗粒物上的MSA。G.Chen［14］指出，在赤道地区，DMSO可以通过两步基本反应生成MSA。在食品、药物、化妆品工业中，DMSO被广泛用作溶剂或助溶剂［12］，其工业废水通常含DMSO［20］。由于DMSO可能是MSA的前体，因此污水、土壤、沙地、含DMSO的建筑排放废水，都可能是MSA的来源。陆地释放的DMS和工业废弃物释放的DMSO，可能是北京气溶胶中MSA的两个主要前体。细颗粒上的MSA可能来自DMS或DMSO的异相氧化，粗颗粒上的MSA可能由于MSA在细颗粒表面挥发后被粗颗粒吸附而形成。北京气溶胶中相对高含量的MSA很可能来自污染源，值得深究其确切的排放源头。较高浓度的MSA随亚洲气溶胶的长距离传输（如沙尘暴），有可能影响包括太平洋及更远的美洲大陆的全球硫循环。这一新发现会导致对北京等内陆城市及其所在区域的各种含S化合物之来源、分布、归宿甚至全球S之生物地球化学循环机制，作更深入的探究。

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