新冠肺炎疫情期间聊城市单颗粒气溶胶的污染特征与来源

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2019年底新冠肺炎疫情席卷全球,给世界经济和居民生活带来重大威胁。我国政府为了抑制疫情的蔓延,实施了严格的疫情防控措施。在此期间,人为污染物排放量显著下降,我国大部分地区空气质量有明显改善,然而在疫情管控期间,我国华北平原地区仍出现了几次较为严重的空气污染事件。因此,研究疫情期间管控措施对PM2.5单颗粒气溶胶的化学组成与来源的影响,对大气污染控制对策的制定具有重要意义。本研究以“2+26”城市之一的聊城为研究对象,利用单颗粒气溶胶质谱仪对疫情前期(2020年1月)、期间(2020年2月)和后期(2020年3月)进行了连续观测。利用Matlab软件对单颗粒数据进行提取分析。对比研究了三个时期PM2.5单颗粒在化学组成、粒径分布特征、混合状态及其来源的异同。分析了三个时期PM2.5中有机胺颗粒的质谱特征、粒径分布特征和有机胺气-固分配的影响因素,并阐明雾过程对颗粒相有机胺形成的影响。主要得出以下结论:(1)整个采样期间聊城市PM2.5质量浓度为86.6±52.5μg·m-3,是我国大气环境质量二级标准(75μg·m-3)的1.2倍,表明聊城市空气污染较严重。PM2.5质量浓度呈疫情前期>疫情期间>疫情后期的变化特征,疫情期间较高的PM2.5质量浓度主要与气溶胶二次生成增强和不利的气象条件有关。疫情期间较低的NO3-/SO42-比值表明固定排放源对PM2.5的贡献增加。(2)碳质组分是聊城市气溶胶的主要颗粒物类型,表明燃烧源对聊城市PM2.5具有重要贡献。富钾二次颗粒物(K-Sec)颗粒疫情期间占比最高(22.4%),表明疫情期间气溶胶老化程度最深。三个时期各类型颗粒物与硝酸盐的混合程度高于硫酸盐,疫情后期颗粒物与硝酸盐混合程度最低,主要是因为疫情后期温度较高,不利于硝酸盐以颗粒态形式存在。气团后向轨迹分析表明,疫情前期聊城市气溶胶主要来自于本地排放及周边地区近距离传输,疫情期间和疫情后期主要受远距离传输的影响。源解析结果表明,疫情管控期间人为源(如机动车尾气源和燃煤源)占比下降,二次无机源成为聊城市PM2.5的首要污染源。(3)疫情前期、期间和后期有机胺颗粒分别占总颗粒的29.8%、20.7%和18.4%。三个时期有机胺颗粒的质谱图中均具有丰富的硫酸盐和硝酸盐信号。研究结果发现:温度和气溶胶酸度是影响有机胺气-固分配的重要因素,相对湿度对有机胺气-固分配的影响不显著,主要是因为采样时期相对湿度较低(<70%)。通过对三甲胺的氧化产物氧化三甲胺(TMAO)分析发现,液相反应是TMAO形成的重要途径。潜在源贡献因子分析表明,疫情期间有机胺主要来自于本地排放,疫情前期和疫情后期主要来自于远距离传输。此外,雾过程可以促进有机胺的气-固分配过程和酸碱反应。
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