典型海岛型城市PM2.5中水溶性离子的污染特征及来源解析研究

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大气细颗粒物(PM2.5)是影响城市环境空气质量的主要污染物之一,具有粒径小、环境危害大、影响范围广等特点。随着以PM2.5为特征污染物的雾霾天气的频繁出现,颗粒物污染问题引发人们的广泛关注。水溶性离子是大气细颗粒物最主要的化学组成之一,其中的二次离子还是引发霾污染的重要推动力,因此,针对颗粒物中水溶性离子的来源解析尤为必要。本研究以典型海岛型城市Z市为研究对象,于2016年的4月、7月、10月和2017年1月在Z市开展了大气细颗粒物环境样品采集工作,并对Z市主要颗粒物污染源进行了识别和样品采集,同时以2016年为基准年“自下而上”地建立了 Z市主要人为源污染物(SO2、NOx和NH3)排放清单。研究旨在基于样品组分分析数据和大气污染源排放清单数据,结合数值分析、模型使用等方法展开水溶性离子的污染特征分析、本地污染源影响分析和外来传输影响分析。针对水溶性离子的污染特征分析,在颗粒物环境样品化学组分分析结果的基础上,以质量浓度水平、时空分布特征、离子阴阳平衡关系、离子间结合形式和气象条件影响为切入点展开研究。结果发现:采样期内,Z市PM2.5质量浓度的时间变化规律为春季>冬季>夏季>秋季,其主要的水溶性离子组成为二次离子SNA(SO42-、NO3-和NH4+),且在PM2.5中具有一致的季节变化特征;Z市大气细颗粒物主要与SNA的污染来源有关,且SNA间存在强相关关系;基于离子平衡分析的结果表明Z市PM2.5整体呈现为酸性,并以夏季酸度最低、秋季酸度最高;温度是影响Z市二次离子浓度的主要气象因素。针对水溶性离子的本地污染源影响分析,基于CMB-二重源解析技术获得二次无机盐对颗粒物的贡献值和分担率,再进一步通过与Z市主要人为源污染物排放清单的结合,解析出各类污染源对二次离子的贡献值和分担率。结果表明:船舶源是Z市大气中SO42-和N03-的主要来源,其对两者的贡献值分别为6.161和1.339μg·m-3;氮肥施用是Z市NH4+的主要来源,贡献值为1.606μg·m-3。为验证基于CMB-源排放清单联用方法得到的解析结果的可靠性,将该解析结果与经比值分析法、多元统计因子分析等方法得到的解析结果进行比较,发现不同解析方法的解析结果结论具有一致性,解析结果可靠。针对水溶性离子的外来传输影响分析,利用海陆热力性质、污染源数据分析方法和HYSPLIT后向轨迹模式分别实现了外来污染源的污染影响季节、污染来源方向分析。海陆热力性质和风速与颗粒物质量浓度关系分析结果均表明,Z市春冬季节的颗粒物污染情况主要受到本地排放源的影响,外来源的影响较小;夏秋季节,除本地排放源影响外,Z市的颗粒物质量浓度还受到污染物的远距离传输影响。采用HYSPLIT-4后向轨迹模式绘制了典型月份到达Z市的气团后向轨迹,根据轨迹聚类分析结果推断出Z市外来源在大部分时间内均与来自Z市北部、东部、东南部近海区域的长距离输送的海洋气团有关。
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