华北地区PM2.5中水溶性离子和CCN特征:泰山山顶和山底的同步观测研究

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为了进一步理解华北地区(NC)水溶性离子(WSI)和云凝结核(CCN)特征及二者之间的关系,本研究从2017年5月12日至6月24日在泰山山顶和山底对细颗粒物(PM2.5)和CCN进行了同步观测和采样分析,具体结论如下:与文献中相关研究结果相比,泰山地区PM2.5中水溶性离子浓度总体呈降低趋势,其中SO42-浓度降低最为明显,但NO3-占水溶性离子的比例有所上升;固定源仍是华北地区WSI的主要贡献来源,但移动源污染的贡献逐年增大。山顶和山底水溶性离子浓度分别为22.26±16.53μg·m-3和31.02±21.92μg·m-3,且二次离子(SO42-、NO3-、NH4+)是水溶性离子的主要成分。山顶WSI浓度昼夜差异较小,但受边界层昼夜变化影响,山底水溶性离子浓度的昼夜差别较大。受昼夜温差影响,山底白天NO3-浓度低于夜间;山底SO42-昼夜质量浓度接近,但白天占水溶性离子比例更高。观测期间大部分时间内NH4+、SO42-、NO3-主要以NH4HSO4和NH4NO3的形式结合,但在山底白天人类活动更加频繁时,也会有少量的(NH42SO4存在,且观测期间NO3-主要以氨气和硝酸气体结合生成。主成分分析(PCA)结果表明,泰山地区主要受到二次气溶胶污染、海盐与生物质燃烧、矿物/土壤扬尘等因素的共同影响。后向轨迹分析表明,观测期间泰山主要受西南气团影响,所含水溶性离子浓度也最高。经分析发现,6月14日~16日华北地区发生大规模的区域性细颗粒物污染,受反气旋高压系统过境影响,污染期间泰山主要受西南风支配,将上游污染物输送至泰山南侧山脚下,并沿山体地形强迫抬升,导致泰山山顶山底同时观测到高浓度的水溶性离子。根据CCN谱拟合,观测期间泰山地区CCN浓度随过饱和度增加而升高,白天浓度明显高于夜间,且昼夜均表现出明显的大陆型特征。CCN数浓度日变化呈现出双峰特征,浓度最高峰值出现在下午16~17时,且早晨6时也出现一个较低的浓度峰值,且不同过饱和度下CCN日变化趋势基本一致。CCN数浓度与水溶性离子浓度呈现出明显的正相关,相关系数随过饱和度增加而减小。
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