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大气细颗粒物在全球气候变化中起着重要的作用,是导致大气污染及城市灰霾的主要原因,已成为大气污染研究的一个重点领域。水溶性离子是大气细颗粒物的重要组分部分,是导致地球辐射平衡改变、大气能见度降低的重要因素;同时,大气细颗粒物中的硝酸根、硫酸根等水溶性离子对酸雨的形成也有一定的促进作用。对大气中水溶性离子的研究可以为大气污染控制措施及政策的制定提供科学依据。
本研究用大流量采样器在上海的徐家汇、上海大学宝山校区以及浙江临安大气本底观测站三个地点进行采集了大气细颗粒物样品,采样时间从07年12月至09年1月,共采集样品389个。应用离子色谱对细颗粒物样品中的水溶性离子进行了分析以研究上海及长三角的污染现状;并通过pH计测量了水抽提液的酸度以分析细颗粒物的酸性强弱,探讨了其对酸雨形成的可能影响。另外,为研究传统滤膜采样法的可能采样误差,用Denuder采样系统进行了采样分析,通过有/无Denuder时样品中离子浓度的差别分析了常规采样方法中主要离子的采样误差。
通过实验主要得到以下结论:
(1)宝山、徐汇及临安地区PM2.5年平均浓度分别为112.7μg/m3,74.96yg/m3及68.05μg/m3,宝山地区PM2.5浓度最高。细颗粒物质量浓度呈现较为明显的季节性变化,春、冬两季质量浓度高,夏、秋两季浓度相对较低。水溶性离子占细颗粒物质量的40%左右,其中硫酸根、硝酸根、铵根离子是最主要的三种离子。
(2)硝酸根离子、铵根离子和氯离子存在显著的季节性变化,夏季浓度非常低,冬、春季浓度较高;而硫酸根离子没有明显的季节变化。氯离子夏、秋两季表现为明显的氯亏损,而在冬季又表现出氯富集。钾离子在总离子中所占的比例≤5%,季节性变化较小,说明生物质燃烧表现为区域污染的特征,不是导致大气污染的主要污染源。
(3)宝山、徐汇及临安大气细颗粒物各离子间的相关性具有很好的相似性,说明三地的污染物来源有一定的相似性。细颗粒物中的离子主要以硝酸铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾等形式存在;
(4)对NO37SO42-比值的分析表明,在采样的133天中,仅有少数几天NO37SO42-比值大于1,说明虽然随着城市化进程加剧,上海地区机动车拥有量逐年增加,交通污染对大气污染的贡献越来越大,但燃煤电厂、工业排放等固定源仍是大气污染的主要贡献者:
(5)宝山、徐汇、临安地区大气细颗粒物都呈现一定的酸性特性,特别是临安地区,细颗粒物表现出较强的酸性。钙离子浓度是影响大气细颗粒物提取液酸度的重要组份,与水溶液的pH值有很好的正相关性。AIM2模拟结果显示,实际大气中细颗粒物的酸度很强,pH值小于1:
(6)传统的膜法采样存在一定的采样误差,其采样误差不仅来源于采集的颗粒物之间的相互反应,还包括采集过程中气体对其颗粒物的影响而产生的误差。采样误差的大小与大气条件密切相关。大气温度较高时硝酸根、氯离子、铵根等半挥发组分出现明显的负误差,而冬季时因气体的吸咐(收)出现一定程度的正误差。常规采样中硫酸根离子在不同季节均存在正误差,幅度一般<15%。