论文部分内容阅读
有机气溶胶(OA)作为亚微米气溶胶的主要组成成分,不仅来源复杂,其氧化性、挥发性和吸湿性也千差万别。当前数值模式对二次有机气溶胶(SOA)的模拟仍存在显著低估,一个关键原因是SOA的生成机制尚未完全厘清,特别是我国高污染背景下SOA的生成和演化机制。深入研究有机气溶胶的理化特征及其来源不仅可以减小评估其辐射强迫的不确定性,同时对制定空气污染控制策略也具有重要意义。 本文运用高分辨率气溶胶质谱仪(HR-ToF-AMS)对北京夏秋两季有机气溶胶进行实时在线观测,并利用正交矩阵因子分解法(PMF)对有机气溶胶的来源进行解析,阐明了夏秋两季有机气溶胶的日变化特征、老化程度以及粒径分布之间差异。同时,本文结合气象要素与气体污染物,深入研究了相对湿度(RH)与氧化剂Ox(=NO2+O3)对有机气溶胶组成成分、质量浓度、氧化性质以及粒径分布的影响,在一定程度上明确了气相和液相化学过程对于有机气溶胶演化过程的作用。另外,本文以2014年亚太经合组织(APEC)峰会期间对于污染物的控制为契机,讨论了污染控制措施对于有机气溶胶理化特性和组成成分变化的影响,并为制定污染控制政策提供重要的科学理论依据,主要结论如下: (1)在2014年,夏季有机气溶胶的平均浓度为17.9μg/m3,小于秋季(29.8μg/m3)。两季气溶胶的来源各不相同,夏季解析出五个主要来源,分别是与机动车排放相关的有机气溶胶(HOA),烹饪排放有关的餐饮有机气溶胶(COA1与COA2),半挥发性的有机气溶胶(SV-OOA),高度老化的有机气溶胶(LV-OOA);除以上五种因子外,秋季还解析出生物质燃烧有关的有机气溶胶(BBOA)。夏季SOA的百分比为59.6%,大于秋季(49.9%)。COA2是占比最多的POA,在夏季的占比为16.8%,秋季为18.3%。 (2)氧与碳的摩尔比(O/C)可用来指示有机气溶胶的老化程度。夏季O/C的平均值为0.45,大于秋季(0.40),说明夏季有机气溶胶较秋季更为老化。 (3)有机气溶胶的峰值粒径在夏季约为~400nm,略小于秋季的峰值粒径(~450nm)。二次气溶胶是积聚模态的主要贡献者,而一次气溶胶是超细粒子(<100 nm)的主要组成部分。 (4) SV-OOA随Ox的增加而线性增加,其质量浓度在夏季的增加比率为1.2μg/m3每10 ppbOx,秋季为2.2μg/m3每10 ppbOx,表明其生成主要与光化学过程有关。在秋季,LV-OOA表现出随RH的增加而线性增加的特征,其增加的比率为3.4μg/m3每10%RH,表明液相过程对于LV-OOA有重要的影响。液相过程对OA的老化起着重要作用,对应着有机物的峰值粒径表现出随相对湿度增加而增加的特征。 (5)在秋季重污染个例中,O/C从最开始的数值0.25到最终接近于0.6,表现出逐渐老化的特征;同时,SOA的占比也表现出逐渐增加的趋势,直至最后贡献OA的67%,证明了二次气溶胶在污染过程中的重要作用;其粒径分布从~350nm增长到~700nm甚至更大。而在夏季的桑拿天,各组分的质量浓度、所占百分比、O/C以及粒径分布随污染过程的演化改变较小,平均O/C为0.58,SOA所占百分比为70-76%。 (6)区域污染控制措施的实施使有机物的平均质量从33.6μg/m3减小到21.8μg/m3,约减小35%,其中,SOA表现出减小的程度(56-74%),远大于一次有机气溶胶(POA)(16-27%),表明即使在APEC管控期间,北京仍存在较强的本地排放。O/C也由于污染控制措施的实施而减小,由0.43减小到0.36,表现出老化程度降低的特征。总体来说,区域污染控制措施的实施对于控制SOA起到主要作用,佐证了京津冀协同控制污染的必要性。同时我们研究显示,为了进一步改善北京空气质量,加强本地排放源的控制也十分必要。