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乌鲁木齐市由于所处地理位置的特殊,使得冬季大气污染非常严重,能见度水平低下,本文主要通过2009年12月至2011年3月之间测量的气溶胶浓度和光学特性数据及冬季采集的气溶胶样品的理化特性数据,分析了本地气溶胶的污染特征,并通过后向轨迹聚类分析方法等分析了气象条件对本地污染的影响,并探讨了不同粒径气溶胶粒子理化特性对大气消光的影响,研究结果表明:
乌鲁木齐市气溶胶质量浓度在进入采暖季后急剧增加,冬季颗粒物中细粒子含量最高,PM2.5/PM10可达77.6%,PM2.5/PM10,PM1.0/PM10,PM1.0/PM2.5三比值体现了颗粒物的分布特征,四季污染程度越高,细粒子含量越高。PM10,PM2.5,PM1.0各季节的日变化基本呈三峰三谷型的,出现早-午-晚峰值,上午-下午-午夜后谷值。冬季九级采样结果平均值显示,0级(9.0-10μm)至2级(4.7-5.8μm)质量浓度逐渐减小,2级至5级(1.1-2.1μm)逐渐增至最大值,5级到8级(亚微米级)又逐渐减小。离子总浓度的分布与气溶胶质量浓度类似,6级(0.65-01.1μm)吸附可溶性离子能力最强,出现总离子浓度的峰值,各离子除ca2+和Mg2+分布于粗模态外,SO42-,Na+,NH4+,NO3-,Cl-和K+均在5-6级达到峰值。细粒子质量浓度远大于粗粒子,且吸附可溶性离子的能力也远大于粗粒子。
研究区冬季污染物本底浓度最高,其它地区输送而来的污染物对其影响相对较小,而气流的的移速对浓度的影响较大,气流移速越大,对应地面风速越高,气溶胶颗粒越易被输送。春季,气溶胶质量浓度减小,流经沙漠区的WS,N,NNW气流使气溶胶谱分布向粗模态移动。夏季大气清洁,携带有城市气溶胶的NW气流使气溶胶浓度平均值达到最大,来自清洁的气流以流速影响本地浓度。秋季气溶胶质量浓度平均值较夏季大,流经沙漠区的气流使气溶胶粒子的谱分布发生改变,但各组气溶胶浓度差别不大,说明该季节输送至此的沙尘粒子不多。
冬季气溶胶散射系数小时平均值可达729.9±439.7Mm-1,其频数分布以200-400Mm-1和400-600Mm-1两区间最大,冬季黑碳气溶胶吸收系数变化范围为6.7-447.4Mm-1,平均值为116.2±86.1Mm-1:消光系数bext是气溶胶散射系数和吸收系数之和,bext分别和PM10,PM2.5,PM1.0和PM2.5-10作回归分析,PM2.5的回归方程的可决系数R2最大,为0.971,故用PM2.5质量浓度来模拟消光更有意义。采用多元线性逐步回归的方法分析不同粒径段上化学成分与气溶胶散射的关系,只有1.1-2.1μm和0.65-1.1μm这两个粒径段上,硫酸盐和铵盐进入回归公式,可见这两个粒径段上硫酸盐和铵盐对消光系数的的贡献最大。