沙尘事件中的草酸气溶胶：大气气溶胶和雾霾新论

2007年4月2日，上海天气受到沙尘事件的严重影响。为避免沙尘入侵时段颗粒物浓度攀升带来采样滤膜过载，同时也为了更好地分析沙尘事件，4月2日当天的大气颗粒物采样被分割成5段（表39-4）。可以看出，最强的沙尘输入发生在4月2日上午时段（09:29—12:10），TSP的质量浓度达到1 340.4μg·m-3，而TSP中C2 O 24-的质量浓度达到1.14μg·m-3，为C2 O 24-春季平均值（0.19μg·m-3）的6倍。同时，颗粒物浓度的PM 2.5／TSP比值降至0.29，C2 O 24-浓度的PM 2.5／TSP比值也降至0.38，只有非沙尘日的一半左右。以沙尘事件起始阶段为终点，作气团的3日后向运动轨迹［图39-2（a）］。后向轨迹显示，沙尘气团来自亚洲主要沙尘源区之一的中国西部及西北地区，自西向东传输，途经中国内陆省份，到达东部沿海地区，部分经过了渤海和黄海上空，最终抵达上海。气团的传输高度距地面2 500～3 500 m，是沙尘高空传输气象模式的典型传输高度。在传输过程中，沙尘颗粒与沿途各地排放的人为源污染物、海盐等相互反应，形成了以沙尘颗粒为主体的混合气溶胶。随着沙尘气团的传输，途经的内陆及海洋上空大气中的草酸成分及其前体物可被沙尘气团挟带，并与沙尘颗粒中的碱性或中性成分发生反应。这可导致沙尘气团中草酸绝对含量的增加，同时也使得占沙尘主体的粗颗粒中的草酸含量相对于细颗粒中的草酸含量有更显著的增加。这解释了在表39-4中看到的情况，即沙尘事件期间C2 O 24-浓度的PM 2.5／TSP比值相对于春季平均值有明显的下降。

表39-4　2007年4月2日分段大气颗粒物浓度、浓度、环境温度和云量

a不包括高沙尘天的春季样品的平均均值。
*UTC：universal time coordinated（协调世界时），是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。中国（包括大陆、香港、澳门、台湾）与UTC的时差为+8，也就是UTC+8∶00。

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图39-2　2007年4月2日上海沙尘事件起始（a）和结束（b）阶段3日后向轨迹图（彩图见图版第22页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

图内外文的译文参见127页图9-6图注和192页图13-6图注。

5个连续采样阶段的颗粒物质量浓度变化，反映出沙尘强度逐渐减弱的过程。在第五个采样段（4月2日22:29—3日09:11），PM 2.5和TSP的质量浓度都有一个显著的降低，预示着此次沙尘事件的结束。在沙尘事件的末期，观测到的气团主要来自中国的东北和内蒙古东部地区等非沙尘源区［图39-2（b）］。云量（cloud cover）在此个案中很大程度上受沙尘气团带来的亚洲棕云影响，在此阶段也从100%降至66.7%。

颗粒物质量浓度及C2 O 24-浓度的PM 2.5／TSP比值变化，则不同于浓度值的变化。这2个比值均在沙尘当天的第三个采样阶段（15:19—19:42）达到最低值，分别为0.11和0.31。在接下来的第四、第五采样段，这2个比值继续回升至接近非沙尘天的水平，再次印证了沙尘气溶胶主要由粗颗粒组成、到达沙尘下游地区的粗颗粒占颗粒物总量的百分比会随着沙尘强度的减弱而降低这一事实。沙尘粗颗粒输入的减少，意味着来自上海本地的一次源或二次源草酸成分在细颗粒态的气溶胶中逐渐占回主体地位。