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      研究揭示了PM1和PM2.5的化學組成差異及其對大氣污染研究的啟示
      ——
      2020-03-06 | 【 【關閉】

        當前諸多大氣污染研究依賴于能夠實時在線測量顆粒物化學組分的氣溶膠質譜儀,但大多數質譜儀受空氣動力學透鏡的影響,只能測定亞微米顆粒物(PM1,粒徑小于1 微米的顆粒物)及其化學組分。PM1化學組分被廣泛地應用于估算大氣化學中的一些重要參數如大氣顆粒物酸度和氣溶膠水含量等,同時也被經常應用于化學傳輸模型,校驗和評估數值模式對細顆粒物(PM2.5,粒徑小于2.5微米的顆粒物)組分模擬的準確性。然而,在相對污染的環境中,PM1和PM2.5之間的化學組成有多大差異,這些差異對參數估算和模式評估究竟有多大影響尚不清楚。

        為此,中科院大氣物理研究所孫業樂課題組聯合暨南大學團隊于2018年秋冬季在河北固城開展了一次綜合觀測(細顆粒物平均濃度:124±95μgm-3)。觀測期間利用最新的飛行時間氣溶膠化學組分監測儀(ToF-ACSM)和PM1/PM10自動切換系統對PM1和PM2.5的化學組分進行了實時在線測定和分析。此次綜合觀測具有典型的代表性,特別是整個觀測根據氣象條件差異可以分為明顯兩個不同階段,第一階段(P1)伴隨高的相對濕度(RH)和幾次霧事件,而第二階段(P2)濕度總體較低且沒有霧發生。研究結果顯示顆粒物化學組成在兩個時段存在顯著差異,高濕階段二次無機氣溶膠(SIA:硫酸鹽,硝酸鹽和銨鹽)和有機物的貢獻相當,但在低濕階段,有機物的貢獻顯著增加(64–67%,圖1)。

        通過對比PM1和PM2.5化學組分差異發現,一次和二次顆粒物組分的PM1/PM2.5比值隨相對濕度的變化存在顯著差別(圖2)。其中,二次無機和二次有機物的PM1/PM2.5比值在RH>60%和SIA>50%時呈現明顯的降低,說明在高濕情況下,小粒子逐漸吸濕增長演變為大粒子,進一步分析發現這種變化與不同化學組分的吸濕性以及相態的變化密切相關。相反,低吸濕性的一次排放的燃煤和機動車有機物的PM1/PM2.5比值卻與RH無明顯相關性。研究利用熱動力模型進一步評估了這種PM1和PM2.5組分差異對顆粒物酸度和氣溶膠含水量的影響。結果發現PM1和PM2.5組分差異對顆粒物酸度的估算影響很?。╬H<0.1),但對氣溶膠含水量的估算影響顯著,甚至高達50–70%。

        鑒于氣溶膠質譜儀被廣泛地應用于世界各地顆粒物化學組分的觀測和分析,本研究定量表征的PM1和PM2.5化學組分的差異不僅為數值模式比對驗證PM2.5化學組分的模擬提供重要的數據支撐,也為大氣化學機制研究尤其是與酸度和氣溶膠水含量相關的非均相反應提供重要的參考。上述研究發表于Geophysical Research Letters。

        參考文獻:Sun, Y., He, Y., Kuang, Y., Xu, W., Song, S., Ma, N., Tao, J., Cheng, P., Wu, C., Su, H., Cheng, Y., Xie, C., Chen, C., Lei, L., Qiu, Y., Fu, P., Croteau, P., and Worsnop, D. R.: Chemical Differences between PM1 and PM2.5 in Highly Polluted Environment and Implications in Air Pollution Studies, Geophys. Res. Lett., e2019GL086288, 10.1029/2019gl086288, 2020.

        文章鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019GL086288

       

      圖1. 固城冬季觀測期間三個不同階段PM1和PM2.5的(a)平均化學組成和(b)有機物的平均組成

       

      圖2. 不同化學組分的PM1/PM2.5比值在P1和P2階段隨相對濕度的變化圖。

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