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《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》 2007年
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广州灰霾期间气溶胶物化特性及其对能见度影响的初步研究

谭吉华  
【摘要】: 广州作为珠江三角洲的中心城市,改革开放以来随着城市化、工业化发展迅猛,工业、农业、交通运输业等排放的大气污染物不断增加,大气能见度和空气质量也日益恶化。灰霾天气作为一种新的气象问题和环境灾害性现象频频出现广州地区,给广州市民的人体健康和工农业生产带来极大的危害。因此研究气溶胶的物化特性对于表征广州市灰霾天气的特点、灰霾天气的影响评估和进一步制定预防对策具有重要意义。 本研究通过现场观测、采样分析和统计学方法等,分析了广州市区能见度的时间变化规律,探讨了大气气溶胶化学组分分布特征以及不同化学组分对能见度的影响。对灰霾期间大气颗粒物的污染水平、粒径分布、昼夜分布、时变化分布、周期变化模式及大气颗粒物对能见度的影响进行了讨论。同时还探讨了广州市灰霾天气气溶胶中多环芳烃、正构烷烃、有机酸、水溶性无机离子、有机碳、元素碳和无机元素等大气污染物的污染水平和分布特征及通过化合物的诊断参数来进行大气污染物的源解析。 能见度统计结果显示广州市区的大气能见度较差,能见度主要分布在2-6公里之间,其中6公里以下能见度占统计总数的61.6%,且能见度恶化主要发生于秋冬季节。根据能见度的变化规律,总结出三种不同的灰霾周期变化模式:夏季午前型、冬季不规则波动型和冬季稳定型。夏季午前型持续时间较短,一般只有十几个小时,而冬季不规则波动型和冬季稳定型持续时间较长,一般都有几天到十几天,污染较重。 实验表明广州市灰霾期间大气污染比较严重,颗粒物浓度急剧增加,而且积聚态颗粒物在TSP中占的比例明显比粗颗粒物高;而非灰霾采样期,颗粒物浓度低,且积聚态颗粒物在TSP中所占比例与粗颗粒物少。广州市冬季多环芳烃的污染水平灰霾天气较非灰霾天气高很多,BEQ(苯并(a)芘等效毒性)值为13.0。不同化合物之间的比值判断显示化石燃料的不完全燃烧是广州市大气污染的主要来源。冬季灰霾天气较低的Cmax、CPI和BghiP/BeP值以及较高的IcdP/(BghiP+IcdP)值,说明冬季灰疆大气中大气污染主要来自于机动车使用量和化石燃料的增加。 大气可吸入颗粒物中NO_3~-、SO_4~(2-)、NH_4~+和Ca~(2+)是最主要的水溶性离子组成部分,占总离子浓度的75%,灰霾天气中PM10中水溶性无机盐浓度高于通常状况下4-10倍,其中NO_3中浓度升幅最大,灰霾期间NO_x向NO_3~-的转化率是非灰霾期间的3.6倍。 广州灰霾天气二次有机碳占总有机碳的比例增加,非灰霾和灰霾天气二次有机碳占总有机碳的比例夏季分别为34%和56%,而冬季大约为14.2%和65%。灰霾天气二次有机碳所占比例较高,可能主要是由于灰霾逆温天气较多,气溶胶在大气中的滞留时间长导致的;而非灰霾天气大气对流强烈,气溶胶在大气中的滞留时间较短。 广州市灰霾期间大气PM10化学组分以硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳和元素碳为主,灰霾天气有机碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和元素碳的浓度分别为非灰霾天气的4.7、3.7、9.7、3.2和2.3倍。灰霾期间富集率为2.3,平均转化率为1.7,说明灰霾的形成造成了大气污染物的富集。通过大气能见度与气象条件和空气污染的相关性分析,结果表明,灰霾天气期间总碳和硝酸盐对能见度的降低起主要影响作用;非灰霾天气总碳和硫酸盐是造成大气能见度降低最主要的影响因素。
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