大气气溶胶主要化学组分对光衰减的贡献比例：新论

根据气溶胶中各种化学组分占PM 2.5质量浓度的比例大小，可以把大气气溶胶的化学组分分为以下5类：3种吸湿性最强的二次无机离子SNA（SO24-、NO 3-、NH 4+）、有机质（OM）、氯化物、黑碳（BC）、矿物气溶胶等。根据改进的IMPROVE公式^[1]［18］以及相应的湿度函数，估算了乌鲁木齐各组分的消光系数，然后根据估算的上述各组分的消光系数和实际测定的上述各组分在冬季和在采暖期的平均浓度，同时考虑了气体NO 2浓度，估算了乌鲁木齐大气细颗粒物PM 2.5中上述各组分在冬季和在采暖期对光衰减作用的比例，如图45-6所示。上述各组分无论在冬季还是在采暖期，对光衰减的比例大小顺序均为SNA＞OM＞氯化物＞BC＞矿物气溶胶和气体NO 2。其中SNA（SO 2-4、NO-3、NH+4）三离子对光衰减的比例最大，在冬季和在采暖期分别约占67%和57%，有机气溶胶在冬季和在采暖期分别约占17%和20%，氯化物在冬季和在采暖期均高达12%。这3部分组分主要来源于燃煤。由此可见，燃煤是乌鲁木齐重度雾霾的最直接原因。

图45-6　乌鲁木齐冬季和采暖期间大气气溶胶中各组分对大气消光的比例（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

综上所述，乌鲁木齐在采暖期的180 d中共发生雾霾148 d，占整个采暖期天数的90%；雾霾天的平均能见度仅2.9 km。PM 2.5中的SO2-4、Cl-、NH+4、Na+，在采暖期的浓度高于非采暖期9倍以上。PM 2.5中的S、Cd、As、Zn、Pb、Cu、Cr、Na等污染元素的富集系数在采暖期是非采暖期的3～13倍。无论在冬季还是在采暖期，对光衰减的比例大小顺序均为SNA（SO 2-4、NO-3、NH+4）＞有机气溶胶＞氯化物＞黑碳＞矿物气溶胶。在冬季和在采暖期，SNA分别占67%和57%，有机气溶胶分别占17%和20%，氯化物（Cl-）均高达12%。这三部分组分主要来源于燃煤。燃煤所产生的大量强吸水性的可溶性离子和有机物，是乌鲁木齐重度雾霾的最直接原因。因此，控制乌鲁木齐采暖期的燃煤，是提高大气能见度，改善大气质量的关键所在。

参考文献

［1］　赵克明，李霞，卢新玉，等.新国标下峡口地形城市冬季大气污染的时空分布变化规律研究／／第十一届全国气溶胶会议暨第十届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集.武汉，2013：589-601.

［2］　李霞.峡口城市乌鲁木齐冬季重污染的机理研究.中国科学院大学，2013.

［3］　韩茜.乌鲁木齐市气溶胶污染特征及其对大气消光的影响.中国科学院研究生院，2012.

［4］　Okada K，Ikegami M，Zaizen Y，et al.The mixture state of individual aerosol particles in the 1997 Indonesian haze episode.Journal of Aerosol Science，2001，32（11）：1269-1279.

［5］　Schichtel B A，Husar R B，Falke S R，et al.Haze trends over the United States，1980-1995.Atmospheric Environment，2001，35（30）：5205-5210.

［6］　Chen L W A，Chow J C，Doddridge B G，et al.Analysis of a summertime PM 2.5 and haze episode in the mid-Atlantic region.J Air Waste Manage Assoc，2003，53：946-956.

［7］　Yadav A K，Kumar K，Kasim A，et al.Visibility and incidence of respiratory diseases during the 1998 haze episode in Brunei Darussalam.Pure and Applied Geophysics，2003，160（1-2）：265-277.

［8］　Kang C M，Lee H S，Kang B W，et al.Chemical characteristics of acidic gas pollutants and PM 2.5 species during hazy episodes in Seoul，South Korea.Atmospheric Environment，2004，38（28）：4749-4760.(www.xing528.com)

［9］　王建忠，武晓宁，贾丽红.乌鲁木齐冬季雾霾天气对城市人群健康危害浅析／／第26届中国气象学会年会论文集.杭州，2009：264-267.

［10］　李娟.中亚地区沙尘气溶胶的理化特性、来源、长途传输及其对全球变化的可能影响.复旦大学，2009.

［11］　Li J，Zhuang G S，Huang K，et al.The chemistry of heavy haze over Urumqi，Central Asia.Journal of Atmospheric Chemistry，2008，61（1）：57-72.

［12］　Wei B，Yang L.A review of heavy metal contaminations in urban soils，urban road dusts and agricultural soils from China.Microchemical Journal，2010，94（2）：99-107.

［13］　黄侃.亚洲沙尘长途传输中的组分转化机理及中国典型城市的灰霾形成机制.复旦大学，2010.

［14］　Li J，Zhuang G S，Huang K，et al.Characteristics and sources of air-borne particulate in Urumqi，China，the upstream area of Asia dust.Atmospheric Environment，2008，42（4）：776-787.

［15］　Cheng H，Li M，Zhao C，et al.Overview of trace metals in the urban soil of 31 metropolises in China.Journal of Geochemical Exploration，2014，139：31-52.

［16］　Akuwa T，Mkilaha I S N，Naruse I.Mechanisms of fine particulates formation with alkali metal compounds during coal combustion.Fuel，2006，85（5-6）：671-678.

［17］　Lee S，Ghim Y S，Kim S W，et al.Seasonal characteristics of chemically apportioned aerosol optical properties at Seoul and Gosan，Korea.Atmospheric Environment，2009，43（6）：1320-1328.

［18］　Pitchford M，Malm W，Schichtel B，et al.Revised algorithm for estimating light extinction from IMPROVE particle speciation data.J Air Waste Manage Assoc，2007，57（11）：1326-1336.

【注释】

[1]IMPROVE：The Interagency Monitoring of Protected Visual Environments Particle Monitoring Network，为美国“保护视觉环境颗粒物联合监测网”这一科研项目的缩写。根据这一项目的监测数据，1999年提出了根据颗粒物各相关组分的浓度和相对湿度估算颗粒物消光的算法，用于跟踪和度量区域雾霾度量的基础。这一估算算法称为IMPROVE公式。2007年又提出了改进的IMPROVE公式，大大提高了估算消光的精度。