随着经济的快速发展和城市化进程的加快,颗粒物已经成为南京大气的主要污染物,对空气质量、人体健康和气候变化产生重要影响。因此,了解大气颗粒物的源谱特征、化学组成和来源贡献,对于科学治理南京大气颗粒物污染,有效改善城市空气质量具有重要意义。本文以南京市作为研究区域,通过采样分析、受体模式、数值模式和轨迹模式等方法,建立南京市本地分级颗粒物源谱库,研究分级颗粒物的化学特性、变化规律,确定不同类型排放源对颗粒物浓度的贡献,发展基于数值模式和受体模型相结合的在线源解析技术,分析污染控制与减排对颗粒物来源贡献的影响。主要研究结果如下:首先,建立了南京市分级颗粒物源谱数据库,基于采样分析和受体模型研究了南京不同功能区大气颗粒物的化学组成和来源贡献。2010年-2012年分别在鼓楼(城区)、浦口(工业区)以及草场门(城区)、固城湖(背景地区)开展了大气颗粒物采样和成分分析,结果表明南京市PM10浓度变化在37.1～376.0μg/m3之间,PM2.5浓度在26.4～212.7pg/m3的范围之内,显著高于欧美国家水平,但与国内其他大型城市观测浓度水平相当。大气颗粒物浓度表现出在冬春高、夏季低的特征。大气颗粒物主要化学成分以二次无机盐离子、碳质组分为主,PM2.5中主要组分依次为颗粒态有机物(POM)24.9%、硝酸根(NO3-)18.7%、硫酸根(SO42-)18.3%、铵根(NH4+)9.9%、元素碳(EC)5.6%。建立了南京市分级颗粒物源谱数据库,包含电厂燃煤、钢铁冶炼、汽车尾气、建筑扬尘、土壤扬尘等,确定各类排放源主要化学组分和特征元素。利用化学质量平衡模型CMB计算得到南京市PM10排放贡献来源主要为建筑扬尘(22.9%)、二次无机盐气溶胶(22.9%)、电厂燃煤(21.6%)和钢铁冶炼(1 1.3%),建筑扬尘对城区的影响要大于郊区。细颗粒物PM2.5的来源主要为电厂燃煤(2.2%-39.5%)、二次无机盐气溶胶(44.2%-65.1%)和汽车尾气(6.48%-16.49%),细颗粒物中电厂燃煤的排放贡献较粗颗粒物中更大,电厂燃煤在工业区的贡献要明显大于城区。其次,基于采样分析和受体模型,研究了重大赛事期间大气污染控制对分级颗粒物来源贡献的影响。2013年7-9月(亚青会)和2014年7-9月(青奥会),在南京大学鼓楼城市大气环境观测站开展了分级颗粒物强化观测,对不同粒径的颗粒物进行采集和化学成分分析,结果表明,亚青会期间PM10、PM2.1和PM1.1的浓度平均为90.4μg m-3、40.4μg m-3、27.0μg m-3,青奥会期间PM10、PM2.1和PM1.1的浓度平均为77.4μgm-3、39.7μg m-3、21.9μg m-3,青奥会期间大气颗粒物浓度较亚青会有明显的降低,尤其是PM10降低16.8%。亚青会期间不同粒径颗粒物化学成分以碳质组分(27.0%～34.2%)、水溶性离子(21.6%～25.1%)和地壳元素(15.4%～19.1%)为主,青奥会期间不同粒径颗粒物化学成分主要是碳质组分(35.6%～39.5%)、水溶性离子(27.7%～33.3%)和地壳元素(8.80%～10.6%),地壳元素的含量在青奥会期间明显降低。青奥会期间PM2.1主要排放贡献是电厂燃煤(25.9%)、汽车尾气(10.8%)、钢铁冶炼(9.9%),亚青会期间PM2.1主要排放贡献是电厂燃煤(24.3%)、汽车尾气(12.8%)、钢铁冶炼(10.7%),扬尘的排放贡献青奥会(3.9%)较亚青会(9.4%)降低明显。扬尘的贡献在青奥会期间较青奥会前后更低,PM10和PM2.1中扬尘的贡献在青奥会期间较青奥会前分别降低12.2%、6.9%。以上结果充分反映出南京市采取的大气污染排放控制措施明显降低了颗粒物浓度水平,对空气质量的改善具有显著成效。第三,基于数值模型和受体模型,发展了针对未来污染天气的颗粒物在线源解析技术,并应用于重大赛事空气质量保障。利用南京大学自主研发的区域空气质量模拟系统RegAEMS模拟颗粒物化学组成的时空分布,结合受体模型CMB,给出不同排放源对颗粒物浓度的贡献。以南京市青奥会为例开展回顾预报,进一步研究了 PM2.5来源解贡献。研究发现青奥会期间南京市(九个国控站点平均)细颗粒物的主要来源依次是二次硝酸盐(24.6%)、电厂燃煤(21.8%)、钢铁冶炼(15.8%)、海盐(12.7%)、汽车尾气(9.0%)、建筑扬尘(5.9%)、二次硫酸盐(5.5%)。与基于气溶胶质谱在线监测分析的PM2.5源解析结果进行比较,发现两种方法都反映出电厂燃煤和钢铁冶炼是主要贡献源,贡献比例基本一致。通过与基于鼓楼观测的来源解析结果比较,燃煤电厂、汽车尾气和建筑扬尘的贡献保持一致。基于数值模式和受体模型解析得到电厂燃煤和钢铁冶炼在青奥会期间的贡献(21.6%、15.3%)要低于前期(21.9%、15.7%)和后期(22.2%、18.2%),建筑扬尘在青奥会期间的贡献5.2%)要略低于前期(5.5%)和后期(5.4%),表明赛事期间对电厂和工业燃煤的控制彰显成效。最后,基于后向气团轨迹模型和数值模型,研究了外来源输送对南京城市区域大气颗粒物污染的贡献。利用后向轨迹和溯源方法定性和半定量分析南京城市区域颗粒物污染受到主要外来源输送影响的情况。Hysplit后向轨迹结合PM2.5实况浓度分析不同气团的输送特征,发现秋冬季节以北方气团为主,夏季以南方气团输送为主,春季以局地气团为主,PM2.5主要受到局地气团和北方气团输送的影响。利用溯源方法,分析南京市各季PM2.5外来潜在贡献,仅仅考虑传输的作用,外来输送对南京PM2.5的贡献为41.0%,各个季节分别为40.0%(春季)、34.0%(夏季)、40.1%(秋季)、49.8%(冬季)。通过以上四个方面的研究,本文建立了南京市分级颗粒物各类排放源源谱库,分析了南京市不同功能区、不同季节大气颗粒物的化学特征和来源贡献,发展了数值模式和受体模型相结合的线源解析新技术,探讨了青奥会期间污染减排对颗粒物来源贡献的影响,研究结果可以为南京市大气颗粒物治理提供一定的科学依据,并为未来开展城市地区在线来源解析提供技术基础。