大气气溶胶和天气参数的关联

如上所述，根据能见度，可把天气分为3类，即非霾天、中度霾天和重度霾天。比较气象参数、气溶胶浓度及气溶胶化学组分在3类天气中的区别。在气象参数中主要考虑温度、风速和相对湿度。化学组分则分为3类，包括总可溶性无机离子、矿物气溶胶以及黑碳（BC）。总可溶性无机离子为所测得的离子浓度总和。矿物气溶胶浓度的算法为［矿物气溶胶］=2.2［Al］+2.49［Si］+1.63［Ca］+2.42［Fe］+1.94［Ti］［15］。表44-1列出了2004—2008年每个气象参数的平均值和相对偏差，同时计算了各个参数和各个组分在每类天气下的平均值与在所有各类天气下的平均值之比例。通过这些比值的大小，可以评估不同气象参数和不同组分对霾形成的重要性。对于气象参数来说，温度和风速在3类天气条件下的变化最为显著，其比值的顺序为非霾＞中度霾＞重度霾。这表明，在霾形成的过程中，低温和低风速更为有利。低温经常导致逆温层的生成，因此容易限制对流，造成污染物的积聚；而低风速则更是不利于污染物的扩散。相对湿度的比值呈现出相反的排序：重度霾＞中度霾＞非霾，表明霾倾向于在较高的湿度之下形成。这主要是由于气溶胶中的可溶性组分具有吸湿性所致。但是，在这3类天气情况下，湿度的比值非常接近，表明相对湿度的变化在霾的形成过程中并不是决定因素。这主要是由于上海常年的相对湿度较高（2004—2008年的平均湿度为65.6%），但是波动较小，因此气溶胶在大部分时候都处于吸水性增长的状态，在霾和非霾状况下的差距并不显著。这可以解释，在这3种不同的天气情况下，为何相对湿度的影响较为不明显。

表44-1　在3类不同天气下气象参数和气溶胶组分的比较

（续表）(www.xing528.com)

a“A”表示3类不同天气中任一种天气条件下的气象参数和在这种天气条件下所采集样品的各种组分的平均值。bβext表示消光系数。

气溶胶的化学组分，在3类不同天气下有明显区别。可溶性离子呈现出最为明显的差别，其比值在非霾天、中度霾天和重度霾天分别为0.76、1.03和1.51。这表明，在重度霾天，可溶性离子的浓度比包括所有天气时段的平均值高出约50%。BC表现出和可溶性离子类似的情况，其变化的幅度较可溶性离子小。在重度霾天，BC的浓度比整个时期的平均值高出约29%。矿物气溶胶并未表现出和其他2组化学组分相类似的变化。如表44-1所示，矿物气溶胶在3类不同天气条件下的比值均为1.00左右，表明其在霾的形成过程中作用较小。可溶性离子作为对霾形成影响最大的化学物种，几乎其所有的离子都呈现出一致的趋势，即其比值在非霾天较小，而在重度霾天较大。其中，NH 4+、K+、NO3-和SO24-是在不同天气类型下区分最明显的物种。NO 3-和SO 24-作为可溶性离子当中浓度最高的2个物种，主要来自燃煤和机动车等所有使用化石燃料的行业的排放，表明人为排放是霾的主要贡献因子。值得注意的是，草酸在重度霾事件中增加得尤为明显。草酸的来源可能是生物质燃烧、生物排放等。尽管在本研究中，并未测定有机气溶胶的浓度，但是可以确定，可溶性有机气溶胶在霾的形成过程中扮演重要角色。除了上述物种，其他离子如NH 4+和K+在这3个组里也有较大差别。NH 4+是中和气溶胶中酸性物质的主要碱性物质，而K+是生物质燃烧的很好示踪物［16］，其在3类天气中的明显区别，也说明生物质燃烧是上海霾形成的重要来源之一。上海位于长三角东端，而长三角是中国最重要的农业区域之一。生物质燃烧是长三角在农作物收获季节导致严重霾的主要来源［12］。其他一些离子例如Ca2+、Mg2+和Cl-，则基本在3类天气中变化不大，表明这些离子对于霾的形成作用较小。与大部分离子在霾事件中较高的浓度相比，Na+表现出相反的趋势，在非霾天气中浓度较高。这是由于上海毗邻东海，常年受海风影响。较高浓度的Na+表示气团有可能来自海洋，传输较为洁净的海洋风，有利于能见度的提高。Na+在TSP中表现得更为明显。TSP中的气溶胶组分，基本上表现出和PM 2.5类似的变化趋势（表44-1）。只是TSP在3类天气中的区别未像PM 2.5那么明显，这是因为细颗粒物比粗颗粒物对太阳光的消光效率更高。总体来讲，大部分气象参数和气溶胶组分，在中度污染天的平均值和所有天气的平均值之比值，接近于1.00，表明中度霾天是上海当前主要的天气状况。