矿物气溶胶对铵盐气溶胶形成的影响-新论

铵盐也是二次污染气溶胶的最重要的组分之一。铵盐主要是以（NH 4）2 SO 4和NH 4 NO 3的形式，存在于对流层中［28］。图60-5显示 了 北 京2001—2003年TSP和PM 2.5中铵盐浓度的季节变化，这里NH 4+代表（NH 4）2 SO 4和NH 4 NO 3。冬季和夏季铵盐的浓度高于秋季、春季和沙尘暴期间。冬季铵盐的浓度在TSP和PM 2.5中分别为22.9和12.8μg·m-3；夏季则为17.1和7.6μg·m-3，均高于秋季（9.1和6.6μg·m-3）、春季（5.5和5.3μg·m-3）和沙尘暴期间（1.6和1.5μg·m-3）。此外，铵盐在PM 2.5和TSP中的质量浓度比值（PM 2.5／TSP）约为60%，说明铵盐较多存在于细粒子中。图60-5也显示了TSP和PM 2.5中矿物气溶胶与铵盐的季节变化。铵盐的季节变化与矿物气溶胶有些相似之处，它们在TSP和PM 2.5中的相关系数分别为0.62和0.87（P＜0.01），说明矿物气溶胶和铵盐之间存在着正相关性。2003年春季和秋季，铵盐的浓度直接随着矿物气溶胶浓度的增加而增加，表现出很好的正相关性。气态NH 3与大气中的酸性气体H 2 SO 4和HNO3或矿物气溶胶表面的H 2 SO 4／HNO 3发生反应，随后冷凝在矿物气溶胶表面，形成（NH 4）2 SO 4和NH 4 NO 3。铵盐的形成不仅和它的前体物NH 3、SO 2和NO 2的浓度以及气象因素有关，还与矿物气溶胶的浓度有关。2002年夏季铵盐的浓度较高，且随着矿物气溶胶浓度的增加而增加，表现出好的正相关性。这是因为夏季NH 3和NO 2浓度较高，相对湿度较高，温度也较高，且风速低，有利于铵盐的形成。但是，温度越高，NH 4 NO 3越易分解，因此夏季铵盐的浓度低于冬季。2001年冬季，尽管大气中NH 3表现出较低的浓度［29，30］，但是铵盐的浓度仍然较高，且随矿物气溶胶浓度的增加而增加。这是因为有较高浓度的SO 2、NO 2和矿物气溶胶，再加上较低的温度，有助于铵盐的形成。2002年沙尘暴期间，由于它的前体物NH 3、SO 2和NO 2浓度最低，再加上非常不利的气象条件、最强的风速、最低的相对湿度，使得铵盐不易形成，故铵盐的浓度与其他季节相比是最低的，在TSP和PM 2.5中分别为1.6和1.5μg·m-3。即便在沙尘暴期间，PM 2.5中铵盐占TSP中铵盐的95%，说明铵盐绝大部分存在于细粒子中。与硝酸盐非常类似，铵盐在沙尘暴期间明显地随矿物气溶胶浓度的增加而减少；沙尘暴高峰过后，铵盐又随着矿物气溶胶浓度的减少而减少，说明铵盐主要来自当地污染源。

图60-5　TSP和PM 2.5中矿物气溶胶浓度与铵盐浓度的季节变化（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

参考文献

［1］　D'Almeida G A，Koepke P，Shettle E P.Atmospheric aerosols：Global climatology and radiative characteristics.Hampton，Virginia：A.Deepak Publishing，1991：55-59.

［2］　Jonas P，Charlson R，Rodhe H.Aerosols／／Houghton J T，et al.Climate change 1994.Cambridge：Cambridge University Press，1995：92-128.

［3］　Zhang X Y，Arimoto R，An Z S.Dust emission from Chinese desert sources linked to variations in atmospheric circulation.Journal of Geophysical Research，1997，102：28041-28047.

［4］　Andreae M O.Climate effects of changing atmospheric aerosol levels／／Henderson-Sellers A.World survey of climatology：Future climates of the world.New York：Elsevier，1995：341-392.

［5］　Duce R A.Sources，distributions and fluxes of mineral aerosols and their relationship to climate／／Heintzenberg J.Aerosol forcing of climate.New York：Wiley，1995：43-72.

［6］　Zhuang G S，Yi Z，Duce R A，et al.Chemistry of iron in marine aerosols.Global Biogeochemical Cycles，1992a，12：171-179.

［7］　Zhuang G S，Yi Z，Duce R A，et al.Link between iron and sulfur suggested by the detection of Fe（Ⅱ）in remote marine aerosols.Nature，1992b，355：537-539.

［8］　Zhuang G S，Guo J H，Yuan H，et al.Coupling and feedback between iron and sulfur in air-sea exchange.Chinese Science Bulletin，2003，48（8）：1080-1086.

［9］　Bian H S，Zender C S.Mineral dust and global tropospheric chemistry：Relative roles of photolysis and heterogeneous uptake.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2003，108（D21）：4672-4687.

［10］　Underwood G M，Li P，Al-Abadleh H，et al.A Knudsen cell study of the heterogeneous reactivity of nitric acid on oxide and mineral dust particles.Journal of Physical Chemistry A，2001，105（27）：6609-6620.

［11］　Song C H，Carmichael G R.A three-dimensional modeling investigation of the evolution processes of dust and sea-salt particles in East Asia.Journal of Geophysical Research：Atmosphere，2001，106（D16）：18131-18154.

［12］　Zhang D，Iwasaka Y.Nitrate and sulfate in individual Asian dust-storm particles in Beijing，China in spring of 1995 and 1996.Atmospheric Environment，1999，33：3213-3223.

［13］　Yaacov M，Judith G.Heterogeneous reactions of minerals with sulfur and nitrogen oxides.Journal of Aerosol Science，1989，20（3）：303-311.

［14］　Okada K，Naruse H，Tanaka T，et al.X-ray spectrometry of individual Asian dust-storm particles over the Japanese islands and the North Pacific Ocean.Atmospheric Environment，1990，24：1369-1378.(www.xing528.com)

［15］　Dentener F J，Carmichael G R，Zhang Y.Role of mineral aerosol as a reactive surface in the global troposphere.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1996，101（D17）：22869-22889.

［16］　Chen L，Carmichael G R，Hong M S，et al.Influence of continental outflow events on the aerosol composition at Cheju Island，South Korea.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1997，102（D23）：28551-28574.

［17］　Taylor S R，Mc Lennan S M.The continental crust：Its composition and evolution.New York，Oxford：Blackwells，1985.

［18］　Zhang X Y，An Z S，Liu D S，et al.Study on three dust storm in China.Chinese Science Bulletin，1992，39（11）：940-945.

［19］　韩力慧，庄国顺，孙业乐，等.北京大气颗粒物污染的本地源与外来源.中国科学B辑：化学，2005，35（3）：237-246.

［20］　Han L H，Zhuang G S，Sun Y L，et al.Local and nonlocal sources of airborne particulate pollution at Beijing.Science in China Series B：Chemistry，2005，48（3）：247-258.

［21］　Nishikawa M，Kanamori S.Chemical composition of kosa aerosol（yellow sand dust）collected in Japan.Analytical Science，1991，7：1127-1130.

［22］　Nishikawa M，Kanamori S，Kanamori N.Kosa aerosol as eolian carrier of anthropogenic material.Science of the Total Environment，1991，107：13-27.

［23］　肖辉，Carmichael G R，Zhang Y.东亚地区沙尘气溶胶影响硫酸盐形成的模式评估.大气科学，1998，22（3）：343-353.

［24］　Zhang X Y，Zhuang G S，Chen J M，et al.Heterogeneous reactions of sulfur dioxide on typical mineral particles.Journal of Physical Chemistry B，2006，110：12588-12596.

［25］　Yuan H，Rahn K A，Zhuang G S.Graphical techniques for interpreting the composition of individual aerosol particles.Atmospheric Environment，2004，38：6845-6854.

［26］　Yuan H，Zhuang G S，Rahn K A，et al.Composition and mixing of individual particles in dust and nondust conditions of North China，Spring 2002.Journal of Geophysical Research，2006，111：D20208.doi：10.1029／2005JD006478.

［27］　Iwasaka Y，Shi G Y，Shen Z，et al.Nature of atmospheric aerosols over the desert areas in the Asia Continent：Chemical state and number concentration of particles measured at Dunhuang，China.Water，Air and Soil Pollution：Focus，2003，3：129-145.

［28］　Wang Y，Zhuang G S，Tang A H，et al.The ion chemistry of PM 2.5 aerosol in Beijing.Atmospheric Environment，2005，39（21）：3771-3784.

［29］　孙庆瑞，王美蓉.中国氨的排放量和时空分布.大气科学，1997，21（5）：590.

［30］　彭应登，杨名珍，申立贤.北京氨源排放及其对二次粒子生成的影响.环境科学，2000，21：101-103.