大气气溶胶中元素浓度与来源：雾霾与非雾霾时期对比

HFS、HFW和NHF期间大气气溶胶中的元素浓度，列于表43-1。无论是PM 2.5中还是PM 10中的元素，在雾霾期间的浓度均要高于非雾霾期间。矿物元素Ca、Fe、Al、Ti、Mg和Sr在雾霾期间的浓度，是非雾霾期间浓度的2～4倍。污染元素As、Zn、Pb和Cu在雾霾期间PM 2.5中的浓度分别为0.04、0.79、0.44和0.09μg·m-3，PM 10中则分别为0.06、1.26、0.62和0.13μg·m-3，是非雾霾期间浓度的4～10倍。雾霾天积累了高浓度的污染物，尤其是气溶胶中的污染元素。HFS和HSW之间的元素差异也列于表43-1。在PM 10中，HFW中地壳元素的浓度要略高于HFS，而污染元素As、Zn和Pb在HFS中的浓度要比HFW高30%～40%。北京南部和西南部拥有大量的煤矿区，以及太原、唐山等重污染城市。气团经过此地，必然会与这沿途排放的大量污染物混合，进而抵达北京。来自西路的气团，起源于沙尘暴频发的蒙古以及内蒙古的沙漠地区，必将比南路携带更多的矿物元素。相比较而言，PM 2.5中除了Fe和Mn之外，大多数矿物元素在HFS和HFW之间有明显的不同（p＜0.1）。以Ca、Al、Ti和Mg为例，当传输方向由南路转为西路时，它们的浓度增加了1.2～3.2倍。PM 2.5中的污染元素As、Zn和Pb在HFW中比在HFS中略高（14%～64%），其余元素在95%的可信区间内没有明显差异。

表43-1　HFS、HFW和NHF期间PM2.5和PM10中元素以及水溶性离子的浓度（单位：Cr、Co和V为ng·m-3，其余为μg·m-3）

（续表）

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a HFT：total haze-fog，即来自所有气团方向的雾霾。

基于富集系数（EF）可推断气溶胶中元素的来源。富集系数计算以Al作为地壳参比元素，以其在地壳的平均组成［20］作为参比。富集系数定义为：

其中，（X／Al）气溶胶指气溶胶样品中某元素X与Al的浓度比值，（X／Al）地壳指地壳中某元素X与Al的浓度比值。如果EF接近1，说明地壳源为其主要来源；如果EF＞5，说明该元素有部分非地壳源。元素Ca、Al、Fe、Mg和Ti无论在PM 2.5还是在PM 10中的EF均小于5，说明它们主要来自地壳源。Zn、Pb、Cu、As和S在PM 2.5中的EF高达100～100 000，说明它们主要来自人为污染源，如煤炭燃烧、机动车尾气排放以及工业排放等［3］。与PM 2.5相比，PM 10中污染元素的EF，仅为几十到几千。污染元素更易富集于细颗粒物中，而后随细颗粒物的长距离传输，产生局部到区域范围内的影响。图43-6清楚地显示了，污染元素在HFS中的EF最高，其次是在HFW中，最后为NHF。这些结果进一步证实了，雾霾天的空气污染非常严重。