中国城市大气超细颗粒物浓度及粒径分布研究
摘要
本文为了深入了解我国超大城市气溶胶超细粒子的污染特征,2005年春季末至夏季初,针对上海市下风方向站点-太仓地区以及北京市下风方向站点-昌平地区的颗粒物的个数浓度和粒径分布特征数据以及相关的大气污染物(O3,CO,SO2,NO,NOy,PM2.5和黑炭气溶胶)进行了加强观测.其中粒径分布的测量使用的仪器是最新开发的宽范围颗粒物分光计WPS-1000XP,在国内尚属首次用于野外观测.本文描述了观测地超细颗粒物的个数浓度、日夜变化、粒径分布特征和超细颗粒物可能的来源.观测发现,上海下风地区10-500 nm直径范围内的颗粒物平均直径为36纳米,24小时平均个数浓度高达28000个cm-3,高于世界上大陆范围内观测的其他结果.而作为较清洁地区的北京下风站点昌平,所观测的相同直径范围内颗粒物平均直径为57纳米,24小时平均个数浓度也达到10000个cm-3. 两地观测的颗粒物日夜变化廓线有明显的区别.上海站点观测发现凝结核模态气溶胶在正午时间(太阳辐射最强时)出现峰值,说明光化学均相反应对超细颗粒物的生成贡献较大,而由于受到早晚交通源的影响和日间细小颗粒物在光化学作用及非均相凝结作用,积聚模态气溶胶变化呈现明显的三峰分布.北京站点观测同样发现凝结核模态气溶胶在正午时刻浓度达到最高,但其中的20-50纳米颗粒物稍有滞后,而积聚态气溶胶在日夜变化上呈现单峰特征,峰值出现在下午至夜间,说明细小颗粒物在传输过程中逐渐增长的过程是较大颗粒物的主要来源;臭氧浓度在下午与积聚态气溶胶同时达到最高,SO2,NOy,PM2.5及黑炭也在下午达到峰值,可能是由于城市污染气团在下午时间向站点传输造成的. 研究中还应用24小时后向气流轨迹模式对观测期间到达上海站点的气团进行了模拟,并借助模式针对到达站点的不同的气团颗粒物粒径分布特征进行了研究.上海-太仓站点在北方体团条件下气体污染物浓度较低,颗粒物呈现明显的粒径成长过程;在长江三角洲局地气团的影响下颗粒物浓度及相关气体污染物的变化特征与前面所述日夜变化规律相似;在东部气团条件下,站点受到上海城市气团影响,颗粒物主要分布在10-20纳米范围,且数浓度较高,高出平均浓度4至5倍.