南京和庐山三级分档雾水和气溶胶的化学特征

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidjts
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雾水化学特性与雾滴大小密切相关。为探究南京和庐山不同尺度雾滴的化学组成,以及南京地区雾过程对气溶胶粒子化学组成和尺度分布的影响。本研究于2013-2017年冬季分别在南京和庐山开展了雾综合观测试验,利用主动式三级分档雾水采集器(three-stage CASCC)共采集到8次雾过程的170个三级分档雾水样品并测定其化学组分,从地区及排放源类型来讨论雾滴中污染物来源,结合同期雾滴谱分布、气溶胶粒子谱分布及分粒径气溶胶的化学组成,深入分析了2017年冬季南京雾过程中雾微物理量和气溶胶谱分布,并对比分析了三级分档雾水与雾前、雾中、雾后分粒径气溶胶化学组成。得到以下主要结论:(1)南京三级分档雾水的pH值、电导率、总离子浓度及各水溶性离子组分等化学特性都具有尺度依赖性,小雾滴酸性更强、电导率更高、总离子浓度更高。南京雾水总离子浓度约为庐山雾水的10倍,可见城市雾水的污染程度高于庐山。(2)不同水溶性离子种类在雾滴中的浓度呈现尺度依赖性:Ca2+富集在≥22μm大雾滴,SO42-、NO3-和NH4+则富集在4-16μm小雾滴。三级分档雾水总离子浓度与空气中PM2.5和PM2.5-10质量浓度随雾过程的变化表明,由于较大液滴沉降速度更快,2.5-10μm粗粒子对雾清除响应更快,沉积作用和重力沉降竞争导致最终<2.5μm细粒子的质量浓度降低最多。庐山雾水离子浓度随雾过程生消呈现出先降低后升高的“U”型变化趋势。(3)PMF源解析表明,不同污染源对不同尺度雾滴中化学组分的贡献率有显著差异,土壤源主要影响大雾滴的Ca2+含量,工业源和机动车的贡献更多影响到中雾滴和小雾滴的NO3-和SO42-浓度。土壤源、工业源和机动车是南京雾水主要的贡献源,工业源、机动车、土壤源、生物质燃烧和二次气溶胶是庐山雾水的主要贡献源。(4)2017年冬季南京第一次雾过程的雾滴液态水含量随粒径分布为“V”型,最低值位于7μm处,第二次雾过程的雾滴液态水含量随粒径分布为三峰型,峰值分别位于5μm、15μm和21.5μm处。(5)2017年南京冬季气溶胶粒子质量浓度主要集中在积聚模态。雾过程会改变气溶胶的粒径分布特征,与雾前相比,雾后气溶胶质量浓度峰值出现了向大粒径方向移动的现象。雾前,气溶胶水溶性离子组分富集在粒径<0.43μm的小粒子中,随着雾过程进行,成核作用和吸湿增长使得水溶性离子向较大粒径段富集。雾中新生成的气溶胶随着雾滴的蒸发被释放,导致雾后NO3-、SO42-和NH4+浓度升高。(6)较小粒径的气溶胶中和率更高,在雾形成初期的新生雾滴酸性较强,随着雾过程的进行逐渐中和,雾水pH值逐渐升高。这些结果是进一步研究雾对长三角地区环境生态影响的基础,可为城市大气的污染防治提供科学依据。
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