大气气溶胶解析：重污染时段不同类型的源

图41-14是3次污染时段PM 10与SO 2、NO x的小时浓度变化情况。PE1时段PM 10的变化趋势与SO2和NO x均比较类似，表明SO2和NO x作为二次气溶胶的前体物，很可能对第一阶段的高污染有所贡献。进一步分析PM 2.5与SO 2、NO x以及CO的相关性［图41-15（a）—（c），黑色散点代表小时平均浓度，方框散点为日平均浓度］，发现相关系数均大于0.70。与SO 2、NO x的显著相关性，说明二次无机气溶胶是造成PE1高污染的主要因素之一。CO虽然是较为惰性的气体，不能作为二次气溶胶的前体物，但是仍发现其与PM 10有较好的相关性。这主要是因为，作为机动车排放源所排放的主要污染气体，CO和NO x本身具有很好的相关性。由于NO x和PM 10具显著相关性，因此也同样发现CO和PM 10具有显著的相关性。在PE2时段虽然PM 10的浓度很高，但是SO 2和NO x浓度却相对较低。这是由于外来沙尘对本地污染物会有一定程度的稀释作用。从图41-14可见，颗粒物与以上2种气体基本没有相关性。这跟上述的二次无机气溶胶占颗粒物的百分比较低颇为吻合。在PE3时段，虽然SO 2和NO x浓度较PE2有所提高，但是其变化趋势与PM 10还是不尽相同。进一步通过检验PM 2.5与污染气体的相关性［图41-15（d）—（f）］，发现，SO2和NO x与PM 2.5的相关系数，分别为0.11和0.41，在统计学意义上属于不显著相关，说明二次无机气溶胶对颗粒物浓度的贡献不大。CO和PM 2.5有显著相关性，相关系数达到0.80。因为NO x与PM 2.5的相关性较弱，所以CO与PM 2.5的显著相关性，显然不是来自机动车排放源的贡献。PE3时段的CO，有很大一部分可能来自生物质燃烧的排放，而生物质燃烧的产物是颗粒物中的主要组成部分，因此CO与PM 2.5具有显著相关性。

图41-14　3次污染时段（以竖线分隔）PM 10与SO2、NO x的小时浓度变化情况（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

图41-15　PM 2.5与SO2、NO x以及CO的相关性

PE1：（a）—（c）；PE3：（d）—（f）。

综上所述，上海2009年4—6月期间出现了3次能见度较低的污染事件，其形成机制各不相同。通过特征性气溶胶化学组分、气团后向轨迹以及化学示踪物，确定了造成霾污染的3种基本类型，即二次无机离子、沙尘以及生物质燃烧。在二次无机污染时段，气溶胶中的主要组分为二次无机可溶性离子——SO2-4、NO-3和NH+4，其质量浓度总和占PM 2.5的比例约为77%：沙尘时段的主要组分——矿物气溶胶，占TSP的百分比为76.8%；而生物质燃烧时段的主要物种——有机气溶胶，约占PM 10的50%。元素EF表明，As元素在生物质燃烧时段较高，这可能和东亚地区水体中普遍较高的As含量有关。在二次无机污染时段，SO2、NO x和CO均有显著增加，而在生物质燃烧时段，增加最明显的是CO，沙尘时期的CO气体浓度则最低。基于CO／NO x的高比值（约14），可以判断有生物质燃烧源的影响。线性相关分析表明，在二次无机污染时段，SO 2、NO x、CO与PM 2.5存在显著相关性，表明煤燃烧和机动车排放是该时段的主要污染源。在生物质燃烧时段，CO与PM 2.5存在显著相关性，这表明有机气溶胶主导了颗粒物的生成。雷达观测气溶胶的垂直分布显示，二次无机污染和生物质燃烧期间的混合层高度均较低，且有明显变化的垂直分布，高消光系数主要集中在近地面，532 nm的退偏振比率在0～0.03之间，表明主要为细颗粒物。而沙尘时段的混合层高度较高，消光系数的垂直分布比较均匀，显示了沙尘的高空传输特点；退偏振比率明显增大，说明有大量粗颗粒物存在。卫星反演也揭示了长程传输和区域传输对上海空气质量的重要影响。

参考文献

［1］　Huang K，Zhuang G，Li J，et al.The mixing of Asian dust with pollution aerosol and the transformation of aerosol components during the dust storm over China in Spring，2007.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2010，115（D00K13）：doi：10.1029／2009JD013145.(www.xing528.com)

［2］　Malm W C，Sisler J F，Huffman D，et al.Spatial and seasonal trends in particle concentration and optical extinction in the United-States.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，1994，99（D1）：1347-1370.

［3］　China National Environmental Monitoring Center.Background values of crustal elements in China（in Chinese）.Beijing：China Environmental Science Press，1990.

［4］　Yang F M，Ye B M，He K B，et al.Characterization of atmospheric mineral components of PM 2.5 in Beijing and Shanghai，China.Science of the Total Environment，2005，343（1-3）：221-230.

［5］　Zhang X Y，Wang Y Q，Zhang X C，et al.Carbonaceous aerosol composition over various regions of China during 2006.Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2008，113（D14）：doi：10.1029／2007JD009525.

［6］　Fu Q Y，Zhuang G S，Wang J，et al.Mechanism of formation of the heaviest pollution episode ever recorded in the Yangtze River Delta，China.Atmospheric Environment，2008，42（9）：2023-2036.

【注释】

[1]sr为激光雷达比的量纲单位。

[2]Angstrom指数：Angstrom exponent（埃斯特朗指数）。1929年，瑞典物理学家AndersÅngström（安德斯·埃斯特朗）发现了气溶胶光学厚度与光波长的关系：）-α式中，τλ和τλ0分别表示光波长为λ和参比光波长为λ0时的气溶胶光学厚度。式中的参数α定义为气溶胶的Angstrom指数。Angstrom指数与气溶胶中粒子的平均尺寸成反比：粒子越小，指数越大。