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学会副理事长张仁健研究员在北京PM2.5化学组成及来源解析的研究上获得重要进展

来源:点击:12350发布时间:2015-09-19

我国大气污染问题越来越严重。今年1月份发生多次持续时间长、污染范围广的雾霾天气,使得人们越来越关注大气环境问题,尤其是大气细颗粒物(PM2.5)污染问题。中国科学院大气物理研究所张仁健研究员课题组与国内外同行合作,针对2009-2010年不同季节在北京城区采集的PM2.5样品进行化学组分的分析,获取了北京四个季节PM2.5的29种元素、9种离子和8个组分有机碳无机碳等资料,研究了北京城区细颗粒物总体污染水平及季节变化特征。研究发现,虽然SO2、NOX等前体物在冬季较高,但是二次无机气溶胶更倾向于在高温高湿的夏季形成。相反,二次有机气溶胶更倾向于在干冷的冬季形成。此外,结合源解析模型正矩阵因子分析(PMF)、潜在源分析(PSCF)等方法,探讨了不同季节影响北京城市PM2.5的主要贡献源。该成果在国际著名杂志Atmospheric Chemistry and Physics上发表。

利用正矩阵因子法(PMF)解析出北京地区PM2.5的6个重要来源,分别是土壤尘,燃煤,生物质燃烧,汽车尾气与垃圾焚烧,工业污染和二次无机气溶胶,这些源的平均贡献分别为15%, 18%, 12%, 4%, 25%和 26%. 沙尘天气常对春季气溶胶有重要影响,而在秋冬季节,来自建设工地的浮尘和街道的再悬浮尘是土壤尘的主要来源。燃煤源冬季贡献最大,生物质燃烧源贡献春、秋较高、冬、夏季较低,工业污染源贡献在夏秋季节较高。二次无机气溶胶在夏季和春季的贡献最高,是硫酸盐、硝酸盐和铵盐季节变化的体现,同时也与对二次无机气溶胶形成有重要影响的光化学过程有关。

 

图1. PMF获得的PM2.5的六个源的谱分布及其日贡献的时间变化序列

潜在源分析PSCF的研究结果表明,对于硫酸盐,硝酸盐、铵盐等六类主要组分来说,北京的南部地区是来源可能性最高的区域,该结果与北京周边的AOD分布趋势一致。根据轨迹分类统计的二次无机气溶胶显示,来自北京南部的气流常携带较高浓度的二次无机气溶胶和含碳气溶胶,西北向的气团则含有较多的土壤尘和含碳气溶胶。北京发生雾霾时,来自南向的气流会使二次无机气溶胶的浓度变得很大,北京南部细粒子中高浓度的二次气溶胶可能与高湿度的云雾中较强的非均相反应,以及较强的光化学反应有关。

 

图2. 硫酸盐、硝酸盐、铵盐、OC、EC和矿物尘的年均PSCF分布图

本研究结果进一步提升了对北京城市大气气溶胶化学组分及季节变化特征的认识,明确给出了北京地区PM2.5来源及其贡献率,同时揭示了区域输送对北京空气质量的影响。如果将燃煤、工业污染和二次无机气溶胶三个来源合并起来,化石燃料燃烧排放成为北京PM2.5污染的主要来源。北京周边省份快速发展的工业生产活动,会带来跨境传输的污染。治理北京本地空气污染,不仅需要改善能源结构,还需要区域联合防治。

参与该研究的合作单位有:环境保护部华南环境科学研究所、台北中央研究院、中国科学院地球环境研究所、北京大学、西安交通大学等单位。

论文相关信息如下:

Zhang, R., Jing, J., Tao, J., Hsu, S. C., Wang, G., Cao, J., Lee, C. S. L., Zhu, L., Chen, Z., Zhao, Y., and Shen, Z.: Chemical characterization and source apportionment of PM2.5 in Beijing: seasonal perspective, Atmos. Chem. Phys., 13, 7053–7074, 2013, doi:10.5194/acp-13-7053-2013.(IF=5.6)

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