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大气颗粒物已经成为城市大气的重要污染物,不仅会导致能见度下降,更重要的是还会对人类健康产生巨大的威胁。北京近年来面临着严重的复合型大气颗粒物污染,而伊斯兰堡作为巴基斯坦的首都,在发展过程中也面临着严峻的大气环境问题。中国、巴基斯坦两个发展中大国的国情相似,均处于城市化、工业化转型的关键时期,伊斯兰堡也是“一带一路”走廊上重要的城市。对比两个城市PM10中的物质浓度和化学组分对国家减排策略制定、公众健康和社会经济具有十分重要的意义。
为研究对比两地PM10污染组分的污染特征,厘清两地不同的源排放情况,本研究采集了两地大气气溶胶(PM10)样品,分析了样品中重金属元素、水溶性无机离子、以及OC/EC的物质浓度。根据浓度数据,分析对比了两地霾天(相对湿度小于90%时,能见度小于10km)、非霾天不同组分的污染水平和浓度变化,分析了气象条件对浓度变化的影响。利用相关性分析、主成分分析、富集因子分析和PMF(正定矩阵因子分析)等方法,对两地污染物的来源进行了初步分析,研究结果表明:
(1)两地PM10中重金属污染情况较重,且霾天浓度较非霾天有不同程度的上升,伊斯兰堡主要受机动车排放影响。两地部分元素浓度(北京As、Cr,伊斯兰堡Cr、Cd)超过WHO(World Health Organization)的标准,Cr污染情况严重。北京冬季重金属污染因采暖燃煤等原因,较其他季节有加重趋势。当气团从北京外部输送到本地时,重金属浓度和颗粒物浓度变化趋势相同;当气团是在本地或者北京周边累积时,两者变化趋势相反。非霾天气团主要从西北方向输送到北京,霾天则是南方和西南方向。
(2)两地PM10中水溶性无机离子浓度在霾天浓度均有不同程度的上升,而且二次污染较为严重,北京、伊斯兰堡二次无机离子占总离子浓度分别为66.8%、62.5%。两地颗粒物中均有足够的NH4+可以充分中和SO42-和NO3-,两地K+和Cl-的相关系数均很高,说明两者源相近。霾天北京NO3-/SO42-的比例是1.31,非霾天为1.16;而伊斯兰堡霾天NO3-/SO42-的比例是1.55,非霾天为1.41,可以看出造成两地霾天二次污染的一个重要原因均为机动车等移动源。北京观测期间大气PM10组分偏碱性。
(3)两地PM10中碳组分污染情况较为严重,在霾天均有显著上升,伊斯兰堡EC浓度显著高于北京。通过两地OC/EC的不同比值(北京非霾天OC/EC平均值为1.68;而霾天OC/EC平均值为2.55;伊斯兰堡非霾天平均值为1.00,而霾天的平均值为0.97)和两地不同碳质组分所占质量浓度比可以看出,北京大气颗粒物中碳组分来源主要以煤炭燃烧和汽车排放为主,而伊斯兰堡主要以汽车等移动源为主。和不同研究对比表明,北京地区碳组分污染在冬季有加重的趋势,且主要集中在细粒子上。
(4)两地Zn、Pb、Cu、As、Cr和Cd的富集因子均大于100,表明在两地上述元素严重富集,受人为活动影响明显。主成分分析得出两地分别有三个因子。PMF结果显示,北京共解析得五类源,分别为生物质燃烧(12.7%)、建筑粉尘和扬尘(10.5%)、机动车(25.4%)、燃煤(30.9%)和二次气溶胶(20.5%);伊斯兰堡分别为二次气溶胶(24.5%)、道路和建筑扬尘(8.8%)、机动车和燃煤(48.1%)、沙尘和土壤扬尘(9.7%)和工业排放(8.9%)。
为研究对比两地PM10污染组分的污染特征,厘清两地不同的源排放情况,本研究采集了两地大气气溶胶(PM10)样品,分析了样品中重金属元素、水溶性无机离子、以及OC/EC的物质浓度。根据浓度数据,分析对比了两地霾天(相对湿度小于90%时,能见度小于10km)、非霾天不同组分的污染水平和浓度变化,分析了气象条件对浓度变化的影响。利用相关性分析、主成分分析、富集因子分析和PMF(正定矩阵因子分析)等方法,对两地污染物的来源进行了初步分析,研究结果表明:
(1)两地PM10中重金属污染情况较重,且霾天浓度较非霾天有不同程度的上升,伊斯兰堡主要受机动车排放影响。两地部分元素浓度(北京As、Cr,伊斯兰堡Cr、Cd)超过WHO(World Health Organization)的标准,Cr污染情况严重。北京冬季重金属污染因采暖燃煤等原因,较其他季节有加重趋势。当气团从北京外部输送到本地时,重金属浓度和颗粒物浓度变化趋势相同;当气团是在本地或者北京周边累积时,两者变化趋势相反。非霾天气团主要从西北方向输送到北京,霾天则是南方和西南方向。
(2)两地PM10中水溶性无机离子浓度在霾天浓度均有不同程度的上升,而且二次污染较为严重,北京、伊斯兰堡二次无机离子占总离子浓度分别为66.8%、62.5%。两地颗粒物中均有足够的NH4+可以充分中和SO42-和NO3-,两地K+和Cl-的相关系数均很高,说明两者源相近。霾天北京NO3-/SO42-的比例是1.31,非霾天为1.16;而伊斯兰堡霾天NO3-/SO42-的比例是1.55,非霾天为1.41,可以看出造成两地霾天二次污染的一个重要原因均为机动车等移动源。北京观测期间大气PM10组分偏碱性。
(3)两地PM10中碳组分污染情况较为严重,在霾天均有显著上升,伊斯兰堡EC浓度显著高于北京。通过两地OC/EC的不同比值(北京非霾天OC/EC平均值为1.68;而霾天OC/EC平均值为2.55;伊斯兰堡非霾天平均值为1.00,而霾天的平均值为0.97)和两地不同碳质组分所占质量浓度比可以看出,北京大气颗粒物中碳组分来源主要以煤炭燃烧和汽车排放为主,而伊斯兰堡主要以汽车等移动源为主。和不同研究对比表明,北京地区碳组分污染在冬季有加重的趋势,且主要集中在细粒子上。
(4)两地Zn、Pb、Cu、As、Cr和Cd的富集因子均大于100,表明在两地上述元素严重富集,受人为活动影响明显。主成分分析得出两地分别有三个因子。PMF结果显示,北京共解析得五类源,分别为生物质燃烧(12.7%)、建筑粉尘和扬尘(10.5%)、机动车(25.4%)、燃煤(30.9%)和二次气溶胶(20.5%);伊斯兰堡分别为二次气溶胶(24.5%)、道路和建筑扬尘(8.8%)、机动车和燃煤(48.1%)、沙尘和土壤扬尘(9.7%)和工业排放(8.9%)。