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北京大气水溶性无机盐浓度长期变化趋势及其对政策响应的研究

程萌田  
【摘要】:本研究利用课题组自主研制的细颗粒物在线捕集-化学成分分析系统(RCFP-IC)对北京大气PM_(2.5)中水溶性无机盐进行了为期17年(2004-2020年)的实时观测,并对其浓度长期变化趋势及对政策的响应进行了研究。首先,北京大气总水溶性无机盐(WSII)质量浓度2004-2020年整体呈现波动式下降趋势。WSII在17年间质量浓度均值为53.9±20.9mg/m~3,其中硫酸盐、硝酸盐和铵盐(二次无机盐,SIA)的质量浓度均值分别为20.1±10.6mg/m~3、10.2±5.2mg/m~3和14.4±5.0mg/m~3。WSII质量浓度最高值(106.6±70.8mg/m~3)出现在2014年;质量浓度最低值(30.2±13.0mg/m~3)出现在2020年。2014-2020年,WSII质量浓度年均下降12.7mg/m~3,其中,硫酸盐、硝酸盐和铵盐质量浓度年均下降值分别为4.6mg/m~3、3.1mg/m~3和3.5mg/m~3,下降率分别为86%、71%和71%。SIA际季节变化趋势差异显著。硫酸盐质量浓度在2004-2020年间呈下降趋势,春夏秋冬下降率分别为30%、28%、98%和68%,其中秋季下降率最高,冬季次之。硝酸盐质量浓度在2004-2020年间呈上升趋势,春夏秋冬上升率分别为57%、4%、17%和87%,其中冬季上升率最高,春季次之。铵盐质量浓度在2004-2020年间呈上升趋势,春夏秋冬上升率分别为55%、12%、4%和81%,其中冬季上升率最高,春季次之。SIA统计日变化呈单峰型,且日变化形态随季节变化明显。其中,硫酸盐春季日变化形态最明显,峰值出现在正午,峰值主要来源于对流输送。硝酸盐夏季单峰型日变化形态最清晰,峰值出现在10:00,峰值来源于交通早高峰。铵盐夏季单峰型日变化形态最清晰,峰值出现在10:00,峰值来源于交通早高峰。亚硝酸盐日变化显示其对昼夜变化敏感。亚硝酸盐峰值出现在清晨,谷值出现在下午,其峰值和谷值出现时间随季节不同,夏季峰值出现在5:00,谷值出现在16:00;冬季峰值都出现在7:00,谷值出现在14:00。为研究北京局地大气水溶性无机盐对大气污染防治政策的响应,利用气团后向轨迹分析模型对北京大气气团来源进行了聚类分析,结果表明北京大气气团主要分为5类,分别为西北气团(20%)、偏北气团(35%)、长距离高空气团(3%)、东北气团(10%)和偏南气团(31%)。各气团影响下北京WISS质量浓度均值依次为71.4±26.6mg/m~3、36.4±14.1mg/m~3、68.9±28.1mg/m~3、43.7±14.8mg/m~3和73.1±25.0mg/m~3。其中污染程度最高的气团为偏南气团,清洁程度最高的气团为偏北气团。选取偏南气团作为北京局地气团研究其影响下大气水溶性无机盐的变化对北京大气污染防治政策的响应。北京局地2004-2020年SIA中降幅最大的是硫酸盐,硫酸盐质量浓度年均值最高为41.6mg/m~3,最低值为4.1mg/m~3,浓度降低10倍。严格的限煤措施导致硫酸盐的大幅下降。机动车相关控制措施并未取得显著成果,硝酸盐在整个观测期呈上升趋势,2004-2020年间北京局地硝酸盐质量浓度上升27%。临时管控措施对SIA峰值削减作用显著。2013年1月重污染、“APEC蓝”和北京首个大气污染红色预警三类个例分析表明,北京局地重污染起源自周边输送,加强于本地排放。临时管控措施对重污染峰值削减可达60%以上。地方政府政策措施的执行是否到位影响到减排工作40%的效果。


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