合肥市不同天气条件下大气气溶胶粒子理化特征分析

为探讨合肥市霾天气大气气溶胶粒子的组成及来源,在2012-2013年代表性月份用安德森分级采样器在合肥市区进行大气气溶胶粒子采样,并分析各样本中水溶性无机离子成分(NH4+、Mg2+、Ca2+、Na+、 K+、NO2-、NO3-、Cl-、SO42-)。根据同期气象资料把采样背景天气分为晴空、雾、霾、轻雾等4类,详细分析了这4种天气下大气细粒子(指PM2.1)和粗粒子(粒径大于2.1 μm部分)的浓度、组成以及主要离子组分的异同。结果表明:(1)观测期间晴空天多对应空气质量优良,雾、霾天对应轻度到重度污染,从晴空天到雾、霾天,PM2.1浓度大幅度上升,且其占总悬浮颗粒物(TSP)的比例显著上升。(2)从晴空天到雾、霾天,水溶性无机离子质量占PM2.1质量浓度的比例上升,分别为46%(晴空)、67%(霾)、61%(雾)、80%(轻雾)。PM2.1中水溶性无机离子浓度居前3位的雾、霾天是SO42-、NO3-和NH4+,晴空天为SO42-、Ca2+、NO3-。(3)与晴空天相比,霾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化倍数最大的是NO3-(为晴空的6.1倍,下同)、其次是NH4+(3.6倍)和SO42-(3.0倍);雾和轻雾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化最大的是NO3-(>10倍)、其次是NH4+(>5倍)和Cl-(>4.0倍)。(4)4种天气下,与人为污染有关的离子(SO42-、NO3-、Cl-、NH4+)尺度谱存在显著差异,呈双峰型、单峰型、三峰型等;而Ca2+的尺度谱无明显变化,基本上都呈双峰型。(5)在粒径3.3 μm以下,阳、阴离子平衡较好,随着尺度增大变差,且晴空天比雾、霾天差。主要阴离子浓度间、Cl-和Na+间的比值和相关性,在晴空天和雾、霾天差异较大。      

A Comparative Analysis of Chemical Properties and Factors Impacting Spring Sea Fog over the Northwestern South China Sea

In the present study, we analyzed the chemical properties and factors impacting the sea fog water during two sea fog events over the northwestern South China Sea in March 2017, and compared our results with those of other regions. The sea fog water during these two events were highly acidic and their average pH was below 3, which was related to the high initial acidifying potential and large amounts of NO3- and SO42- not involved in the neutralization reaction. The dominant cations in the sea fog water were Na+ and NH4+. The primary anions in the sea fog water over the South China Sea were Cl- and NO3-, while that over the North Pacific Ocean was mainly SO42-, and ratios of the three fog water ions near the Donghai Island were similar. Ions in the sea fog water during the two events were mainly derived from marine aerosols, while the difference was that the first low-level sea fog airflow trajectory passed over Hainan Island. Therefore, the proportion of K+ in the first sea fog was much higher than that in sea water and the second. Sulfate was the key to fog water nucleation, which made ion concentration in the sea fog water during the second event higher than that during the first. A decrease in average diameter during the first sea fog formation led to an ion concentration increase, while the average diameter of sea fog water during the second event was lower than that during the first, which corresponded with a moderate ion concentration increase.     

辽宁农村代表区域降水离子组成及与气态污染物相关性

对辽宁农村代表区域站点——辽中县马龙村观测站2007年2月至2008年1月酸雨、气态污染物浓度观测资料进行了研究。结果表明：辽中站降水的化学组成阴离子主要为SO4^2-和NO3-阳离子主要为NH4和Ca2＋,SO4^2-／NO3-比值为2．9．Na＋／Cl-比值较大,大于1。各种离子浓度冬春季高,夏秋季较低,表明研究区域降水酸化与污染关系不显著。实测的9种主要阴离子、阳离子总浓度比（∑阴离子／∑阳离子）与降水pH值相关性不高,表明目前酸雨研究观测的主要9种阴阳离子不能完全包括降水中的离子组成。降水酸性与近地面污染气体浓度相关各异,pH与NOx、CO、NO2和O3浓度有较明显的负相关,与SO2浓度负相关不明显;降水pH值与颗粒物等碱性污染物浓度正相关明显。降水中主要致酸离子SO4^2-和NO3-的浓度与相应酸性气体污染物SO2和NOx近地面浓度的相关不明显。     

南岭大瑶山浓雾雾水的化学成分研究

文中利用 1998年 12月～ 1999年 1月和 2 0 0 1年 2～ 3月在南岭山地采集的雾水样品资料 ,分析了南岭山地浓雾雾水的化学成分 ;对 3次典型浓雾过程雾水的离子浓度及其可能的来源进行了分析 ;发现酸雾的频率达 5 1% ,酸雾的危害不容忽视。南岭山地的浓雾雾水中的诸离子浓度远高于雨水。不同过程雾水的化学特征变化差异明显 ,在雾水中浓度最高的阴离子是SO2 -4,其次是NO-3 ;阳离子Ca2 ,NH 4 的浓度最高。雨水比雾水酸性更强 ,说明虽然雾水中的离子浓度较雨水高得多 ,但大量的离子成分中存在更多的缓冲物质 ,比如说NH 4 和Ca2 。雾水中的Ca2 ,SO2 -4,Mg2 有明显的富集现象 ,南岭大瑶山的雾水主要受大陆环境和人类活动的影响。     

潮州沿海大气气溶胶无机离子浓度分布与气象要素的相关分析

根据2004年广东潮州沿海地区的气溶胶浓度观测资料,分析潮州沿海大气气溶胶无机离子浓度分布特征及气象要素对其的影响。结果表明:离子浓度季节性差异明显,总离子浓度呈现春夏季低、秋冬季高的特征,系由当地不同季节降雨量和风向分布不同造成的;气溶胶无机成分与海水近似,表明海盐是当地气溶胶的重要来源之一,但Cl-与Na+不一致,表明可能存在除海盐颗粒以外的异地气溶胶长距离输送;总离子浓度随采样点高度增加而降低,随采样时海陆风变化而变化;阳离子浓度日际变化不明显,阴离子浓度易受天气条件影响。     

广州黄埔工业区近地层气溶胶分级水溶性成分的物理化学特征

通过对在黄埔工业区收集的气溶胶样品的质量谱与水溶性离子成分谱的分析表明 :总气溶胶质量与诸离子浓度均明显高于华南大陆的值 ,其分布表现为明显的 3峰分布 ,气溶胶中以 SO2 - 4,NO- 3 ,Ca2 ,NH 4 为主要的离子成分 ;较之华南陆地测站 ,除离子浓度成倍增加外 ,SO2 - 4的浓度占了阴离子含量的绝大部分 ,NO- 3 ,NH 4 的含量比重显著增加 ,以及 NO- 3 ,SO2 - 4,NH 4 ,K 较多地存在于细粒态粒子中是其主要特点。     

广州春季锋面降水的物理化学特征

通过对一次典型华南春季锋面层状云降水的物理特征与化学性质的分层密集观测分析，认识到：（１）本次降水雨滴浓度不高，滴径较小，因而雨强较小；（２）雨水ｐＨ值较低，平均为４．７８；离子成分中以ＮＨ，ＳＯ，ＮＯ的含量最高，其次是Ｃｌ－与Ｎａ＋；（３）在贴地层内，雨水在下落过程中离子成分是增加的，ｐＨ值逐渐升高，增加最多的离子成份是ＮＨ；（４）在降水开始后雨水ｐＨ值起伏上升，而后持续下降，雨水中Ｃｌ－与Ｎａ＋关系密切。     

碳质气溶胶在藏东南冰芯中的记录

在青藏高原东南部帕隆藏布源头海洋性冰川区,对冰川编目的4号冰川（PLZ-4）实施冰芯钻取,获得总长度为29 m的冰芯。对冰芯中元素碳（EC）、不溶性有机碳（WIOC）和可溶性离子（Cl-,NO3-,SO42-,Na+,K+,Mg2+,Ca2+）的含量进行实验分析,结果显示：1998-2005年上述组分在该冰芯中的含量均呈现持续增长的趋势;冰芯中EC含量及EC/WIOC比值表现出非季风季节高、季风季节低的显著特征,揭示了该地区冰川中记录的碳质气溶胶浓度与南亚棕色云之间的密切联系。同时指出,在季风前的4-5月,沉降于雪冰中平均含量＞10 ng/g的EC所引起的雪冰表面反照率降低以及冰川消融等气候环境效应不容忽视。     

中国区域空气污染本底站的降水化学特征

分析了3个代表不同背景特征的WMO（世界气象组织）区域本底空气污染站黑龙江五常县龙凤山本底站，北京密云县古北口上甸子本底站和浙江临安本底站的降水化学特征。分析内容为降水的pH值和SO₄2-、NO₃-、Cl-、F-、NH₄+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+诸离子的浓度。结果表明，降水pH值和SO₄2-、NO₃-、NH₄+、Ca2+具有年际变化和年变化的特征，但其变化趋势各站及各要素不尽一致。离子Cl-、F-、K+、Na+、Mg2+浓度偏低，变化不明显。就多年平均而言，临安站的pH值为3站最低，SO₄2-为最高。上甸子除了SO₄2-浓度次于临安外，其余所有离子浓度均为3站之首，而且pH值也为3站最高。龙凤山除了降水中的Ca2+、Mg2+离子浓度略高于临安外，其它各离子的浓度是3站中最低，pH值在3站中的位置居中。降水化学特征演变趋势为:3个站的降水皆呈酸性，其中临安最严重，龙凤山其次，上甸子相对轻一些，但其酸化的速率为3站之首。     

2016—2017年中国中东部本底地区PM10化学特性

对中国中东部3个区域大气本底观测站2015年12月—2017年12月PM₁₀质量浓度及其化学成分空间分布与季节变化特征进行研究,结果显示:研究期间龙凤山站、临安站和金沙站平均PM₁₀质量浓度分别为57.5,62.2 μg·m-3和57.6 μg·m-3。其中临安站和金沙站2017年PM₁₀质量浓度较2016年有所下降,但龙凤山站有所上升。与2013年相比,临安站和金沙站平均PM₁₀质量浓度分别降低29.3%和26.2%。临安站SO₄2-,NO₃-和NH₄+平均质量浓度分别为9.9,8.2 μg·m-3和3.7 μg·m-3,金沙站分别为10.2,6.7 μg·m-3和2.6 μg·m-3,均高于龙凤山站的5.9,4.9 μg·m-3和2.1 μg·m-3,其中龙凤山站和临安站的NO₃-与SO₄2-质量浓度比值较高（0.9和0.8）,金沙站较低（0.6）。龙凤山站的有机碳（OC）和元素碳（EC）质量浓度分别为10.1 μg·m-3和2.7 μg·m-3,临安站为6.7 μg·m-3和3.1 μg·m-3,金沙站为4.7 μg·m-3和2.3 μg·m-3,即龙凤山站OC最高,金沙站最低,3个站点的EC基本相当,临安站略高。与2013年相比,研究期间临安站SO₄2-,NH₄+和OC分别下降38.1%,26.0%和55.6%,金沙站分别下降46.3%,51.9%和44.7%,但临安站和金沙站的NO₃-分别上升12.3%和15.5%;临安站EC下降27.9%,金沙站EC上升4.5%。3个站点夏季PM₁₀,NO₃-,EC质量浓度及NO₃-与SO₄2-质量浓度比值均最低。     

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。      

南京气溶胶水溶性离子粒径分布及其随高度的变化

2009年1月对南京市河西生活区距地面1．5、54和80m3处同步进行了大气颗粒物采样,并用离子色谱对样品进行了分析。结果显示,随着高度的增加,PM10和PM2.1的质量浓度逐渐降低,而总离子浓度随高度增加而增大。气溶胶中最主要的3种水溶性离子分别为N03、SO4 2-、Ca2＋,且3个高度的NO3-与SO4 2-浓度之比均大于1,表明该生活区移动排放源已经成为大气气溶胶离子的主要来源。3个高度处各离子粒径分布规律为：SO4 2-、NO3-、K＋在0．43-1．1um出现峰值;Ca2＋、Mg2＋、NO2-在4．7～5．8um出现峰值;Na＋、Cl-、F-在0．43～1．1um和4．7～5．8um出现双峰。     

庐山2016年冬季三级分档雾水化学特征

探究不同尺度雾滴化学特征是深化雾微物理化学研究的重要内容。2016年12月—2017年1月在庐山开展雾综合观测实验,利用主动式三级分档雾水采集器（CASCC 3_stage）收集到3次雾过程73个分档雾水样本,雾滴分档粒径:4—16 μm（3级）,16—22 μm（2级）和≥22 μm（1级）。定量得到了分档雾水的pH、电导率（EC）及9种水溶性无机离子（Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO₂-、NO₃-、SO₄2-）浓度（μeq/L）。结果表明,庐山冬季雾水酸化严重,pH为3.96—5.82,pH < 5.6的样品占98.6%且直径4—16 μm小雾滴的强酸性（pH < 4.5）样品最多,占比达54.2%,小雾滴酸性和电导率更强;NH₄+、Ca2+、NO₃-、SO₄2-是雾水的主要离子组分,[NH₄++Ca2++NO₃-+SO₄2-]分别在三级分档雾水中占总离子浓度（TIC）的83.8%、88.0%和88.7%;综合3次雾过程,总离子浓度、NH₄+、K+、NO₃-、SO₄2-在4—16 μm小雾滴存在富集,表现出尺度依赖特征;86%雾水样品[SO₄2-]/[NO₃-]介于0.5—3.0,属于硫酸和硝酸混合型酸化,雾水酸化主要原因是碱性缓冲物质与酸性组分不平衡以及可能存在有机酸贡献;同一观测点不同雾过程化学特征存在个例差异,第二次雾过程（12月25日14时—26日21时）（北京时）,总离子浓度、NH₄+、Ca2+、NO₃-、SO₄2-在16—22 μm尺度雾滴存在富集,这可能是雾区气溶胶浓度较低、降温、采样间隔和污染气体及气溶胶输送共同作用的结果。后向轨迹聚类和潜在源（PSCF）分析表明,观测期间影响庐山的气团均来自西部,来自湖南北部的局地气团占总轨迹数的68.99%,最为重要;PM_2.5、SO₂、NO₂具有相似潜在源区空间分布,主要位于湖北、湖南、安徽西南部和江西北部等邻近省份地区,以近距离输送为主。      

广州市气溶胶质量谱和水溶性成分谱分析

对2006年9月—2007年1月在广州市采集的气溶胶粒子的质量谱和水溶性成分进行分析表明,广州市各测点的气溶胶质量谱基本呈双峰或三峰分布,细粒子浓度占气溶胶总浓度的四成到六成;在气溶胶水溶性离子成分中,浓度最高的阴离子是SO42-和NO3-,浓度最高的阳离子是NH4+和Na+;各离子多呈三峰或是双峰分布,但不同离子的峰值不尽相同;广州市的粉尘污染逐渐减少,而NH4+浓度迅速增大;相对土壤,只有Na+和NH4+富集度比较大,SO42-和K+有一定富集;相对海洋,F-的富集度非常大,其他离子则无明显富集;Cl-被严重耗损;致酸离子以SO42-为主,NO3-作用较弱些;SO42-和NH4+谱分布有很好的相关性,并且在细粒子和巨粒子粒径范围有共同的来源。     

中国和日本降水化学特性的分析比较

本文对中国33个站、日本29个站及美国9个站的降水化学资料进行了分析比较.结果表明,中、日、美三国的降水化学特性有很大不同.三国都有酸雨,但以美国的pH平均值最低.雨水中离子总浓度以中国为最高,其中SO_4~=,NH_4~+和Ca~(++)的浓度特别高.日本雨水中Cl~-和Na~+的浓度很高.NO_3~-在美国雨水中最高.从雨水中离子结构组成和几种重要参量的比值分析表明,中国雨水中的离子浓度受陆地源影响很大,而影响日本雨水中离子浓度最大因素是海洋.在美国以工业交通污染的影响相对最大.文中还对中、日两国不同地区的降水化学特性进行了分析和讨论.     

Relationships Between Rainwater Composition and Synoptic Weather Systems Deduced from Measurement and Analysis of Hong Kong Daily Rainwater Data

The composition of Hong Kong rainwater has been studied in the context of seven types of prevailing synoptic weather system. These represent different precipitating airmass origins in terms of continental, maritime, local or mixed sources. Replicate sampling was performed on a daily basis from 1994–1995 for both bulk deposition (n = 60) and simultaneous wet deposition (n = 27) collectors. Reliable analytical data were obtained for the concentrations of the soluble components H+, Na+, Ca2+, K+, Mg2+, Cl-, NO3- and SO42-. The acidity of rainwater was found to be greater when Hong Kong was under the influence of an approaching cyclone (type AC), northeasterly monsoon (type NE) or cold front (type CF) than for prevailing easterly anticyclones (type E), southerly/southwesterly monsoon systems (type S), or cyclonic flows (type C). A common characteristic of occasions of acid rain in Hong Kong was the build-up of local pollutants under conditions of low windspeed, as shown by the significant correlation between rainwater pH and lognormal surface windspeed, but not windvector. The acidity of Hong Kong rainwater was thus largely determined by local sources, although the participation of a continental airmass was evident for some systems. The daily bulk deposition flux of H+ on rainy days varied by more than an order of magnitude from type C (0.2 meq m-2 d-1) to types AC, trough (T) and NE (>2 meq m-2 d-1).     

Using hourly measurements to explore the role of secondary inorganic aerosol in PM2.5 during haze and fog in Hangzhou,China

This paper explores the role of the secondary inorganic aerosol （SIA） species ammonium,NH4＋,nitrate,NO3-,and sulfate,SO24-,during haze and fog events using hourly mass concentrations of PM2.5 measured at a suburban site in Hangzhou,China.A total of 546 samples were collected between 1 April and 8 May 2012.The samples were analyzed and classified as clear,haze or fog depending on visibility and relative humidity （RH）.The contribution of SIA species to PM2.5 mass increased to ～50％ during haze and fog.The mass contribution of nitrate to PM2.5 increased from 11％ during clear to 20％ during haze episodes.Nitrate mass exceeded sulfate mass during haze,while near equal concentrations were observed during fog episodes.The role of RH on the correlation between concentrations of SIA and visibility was examined,with optimal correlation at 60％-70％ RH.The total acidity during clear,haze and fog periods was 42.38,48.38 and 45.51 nmol m-3,respectively,indicating that sulfate,nitrate and chloride were not neutralized by ammonium during any period.The nitrate to sulfate molar ratio,as a function of the ammonium to sulfate molar ratio,indicated that nitrate formation during fog started at a higher ammonium to sulfate molar ratio compared to clear and haze periods.During haze and fog,the nitrate oxidation ratio increased by a factor of 1.6-1.7,while the sulfur oxidation ratio increased by a factor of 1.2-1.5,indicating that both gaseous NO2 and SO2 were involved in the reduced visibility.     

辽宁农村代表区域降水离子组成及与气态污染物相关性

对辽宁农村代表区域站点辽中县马龙村观测站2007年2月至2008年1月酸雨、气态污染物浓度观测资料进行了分析。结果表明：辽中观测站降水的化学组成阴离子主要为SO₄^2-和NO₃^-,阳离子主要是NH^₄+和Ca₂⁺, SO^₄2-/ NO₃^-比值为2.9, Na⁺/Cl^-比值较大,大于1。各种离子浓度冬春季高,夏秋季较低,表明研究区域降水酸化与污染关系不显著。实测的9种主要阴离子、阳离子总浓度比（∑阴离子/∑阳离子）与降水pH值相关性不高,表明目前酸雨研究观测的主要9种阴阳离子不能完全包括降水中的离子组成。降水酸性与近地面污染气体浓度相关各异,pH与NO_x、CO、NO₂和O₃浓度有比较明显的负相关,与SO₂浓度负相关不明显;降水pH值与颗粒物等碱性污染物浓度正相关明显。降水中主要致酸离子SO₄^2-和NO₃^-的浓度与相应酸性气体污染物SO2和NOx近地面浓度的相关不明显。     

Chemical characterization of water-soluble aerosols in different residential environments of semi aridregion of India

This paper deals with the atmospheric concentrations of PM₅ and PM_2.5 particulate matter and its water soluble constituents along with the size distribution of ions and spatial variation at three different residential environments in a semiarid region in India. Samples were collected from the indoors and outdoors of urban, rural and roadside sites of Agra during October 2007–March 2008. The mean concentrations of PM_2.5 indoors and outdoors were 178 μgm⁻³ and 195 μgm⁻³ while the mean concentrations of PM₅ indoors and outdoors were 231.8 μgm⁻³ and 265.2 μgm⁻³ respectively. Out of the total aerosol mass, water soluble constituents contributed an average of 80% (33% anions, 50% cations) in PM₅ and 70% (29% anions, 43% cations) in PM_2.5. The indoor–outdoor ratio of water soluble components suggested additional aerosol indoor sources at rural and roadside sites. Indoor–outdoor correlations were also determined which show poor relationships among concentrations of aerosol ions at all three sites. Univariate Pearson correlation coefficients among water soluble aerosols were determined to evaluate the relationship between aerosol ions in indoor and outdoor air.     

2010年长江三角洲临安本底站PM2.5理化特征

2010年在代表长三角区域背景地区的浙江省临安区域大气本底站开展了对大气细粒子PM_2.5为期1年的地面观测,并对细粒子中水溶性离子和碳组分的季节变化特征进行了分析。临安2010年大气中PM_2.5质量浓度平均为 (58.2±50.8) μg·m－3,PM_2.5质量浓度季节变化明显。利用HYSPLIT4模式计算了2010年临安72 h后向轨迹,根据轨迹计算与聚类结果,结合地面观测的PM_2.5数据进行了分析。研究表明:临安地区因受到长江三角洲区域及偏北气流引起的污染传输影响,呈现出高细粒子水平特征。PM_2.5中总水溶性离子年平均质量浓度为 (28.5±17.7) μg·m－3,占PM_2.5质量浓度的47%。其中,气溶胶组分SO₄2-,NO₃-和NH₄+所占比例最大,共占总水溶性离子的69%。PM_2.5中有机碳和元素碳的年平均质量浓度分别为 (10.1±6.7) μg·m－3和 (2.4±1.8) μg·m－3。有机碳和元素碳质量浓度显著相关,表明有机碳和元素碳主要来自相同的排放源。