大气污染类型的确定方法：基于气溶胶离子和元素组分浓度

图41-3是此研究期间大气气溶胶中主要特征性化学组分浓度的日变化。图41-3（a）为PM 2.5中3种主要二次无机可溶性离子SO24-、NO 3-和NH 4+浓度总和的日变化。可以明显看出，PE1中上述3种离子的浓度明显高于其他时段，其浓度和平均值达到48.86±5.01μg·m-3，约占PM 2.5质量浓度的77%，表明第一次污染阶段由细颗粒物中的二次无机污染物主导。PE3中上述3种离子的浓度也在中等水平，其浓度和平均值为27.12±7.37μg·m-3，说明二次无机污染对此次污染事件也有一定贡献。在其余时段，上述3种离子浓度的总和都在20μg·m-3以下。图41-3（b）为总悬浮颗粒物TSP中Al元素浓度的日变化、矿物气溶胶占TSP的百分比及TSP中元素Ca和Al的比值（Ca／Al）。Al元素能很好地表征颗粒物中矿物组分的来源。从图41-3（b）中可以看出，4月25日Al元素浓度达到最高值，也就是第二次污染阶段PE2的那一天，当天Al的质量浓度高达13.7μg·m-3，是平日的2～3倍。利用公式［矿物气溶胶］=2.2［Al］+2.49［Si］+1.63［Ca］+2.42［Fe］+1.94［Ti］，可估算气溶胶中矿物来源的气溶胶总量［2］。根据以上公式计算，4月25日当天矿物组分占TSP的76.8%。很明显，上海当天受到了外来沙尘强烈的影响。当天上海气溶胶中的Ca／Al比值为0.75，而其他时段的Ca／Al比值范围在1.0～2.0，如图41-3（b）中的空心圈所示。上海平日有较多建筑扬尘，导致上海气溶胶中的Ca／Al比值较高；而4月25日Ca／Al比值显著降低，再次说明了上海当天的大气气溶胶受到外来源影响。与中国3个主要沙尘源区比较，上海当日的Ca／Al比值与蒙古戈壁的沙尘特性比较接近（戈壁、黄土高原和塔克拉玛干沙漠的Ca／Al值分别为0.5、1.0和1.5［1］），这也与当天的后向轨迹分析比较吻合［图41-2（b）］。主要二次无机可溶性离子SO24-、NO 3-和NH 4+的浓度总和为11.23±5.25μg·m-3，为整个研究期间的最低值。这也反映了PE2期间人为污染影响的贡献很低。其他时期TSP中的Al也处于较高的浓度水平，PE1和PE3的Al平均浓度分别为5.48±2.52和4.56±0.87μg·m-3，矿物组分占TSP的40%左右，说明矿物组分是粗颗粒物的重要来源。这和上海春季受北方沙尘的影响，且湿度相对较低，易产生扬尘有关。

图41-3　（a）PM2.5中SO24-、NO 3-和NH 4+浓度总和的日变化；（b）TSP中Al元素浓度、矿物气溶胶占总悬浮颗粒物的质量百分比（矿物气溶胶%）以及Ca／Al比值的日变化；（c）PM 2.5中K+质量浓度的日变化。

图41-3（c）为PM 2.5中K+浓度的日变化。K+是大气气溶胶生物质燃烧源的指示物。从图中看到，K+高值出现在第三次污染阶段PE3，在6月1日达到4.93μg·m-3，其后2天K+浓度也处在较高水平，较之平日提高了大约5～10倍。气溶胶中的K有来自土壤、地壳等的自然源。根据上海土壤中K／Fe比值0.56［3，4］，可计算来自土壤、地壳等自然源部分的K。扣除这部分后，估算来自生物质燃烧源的K+约占总K的80%，表明这一阶段的颗粒物高浓度，主要源自生物质燃烧。此时段主要二次可溶性离子SO 24-、NO 3-和NH 4+的浓度总和为27.12±7.37μg·m-3，处于中等浓度水平，较非污染时期略高，表明此时段的重污染源自人为污染气溶胶和生物质燃烧气溶胶的混合。基于上述分析可以判断，2009年4—6月上海出现的3次重污染时段，分别由二次无机气溶胶、外来沙尘以及生物质燃烧气溶胶控制。(www.xing528.com)

表41-1　3次污染时期气溶胶的有关参数

SNA：SO2-4+NO-3+NH+4；矿物气溶胶：2.2［Al］+2.49［Si］+1.63［Ca］+2.42［Fe］+1.94［Ti］；a PM2.5；b TSP。