昆明市大气PM10和PM2.5比值特征及来源研究

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分析讨论了国内典型城市(昆明、长沙、杭州、上海、哈尔滨、北京、武汉和广州)的PM10和PM2.5的质量浓度特征及其与气象因素(温度、湿度、风速及能见度)、其他污染物(N02、03)之间的相关性。重点针对高原山地城市昆明进行了PM10和PM2.5的污染特征研究。于2013-2014年在昆明市东风东路进行了四个季度的PM10和PM2.5样品采样,利用离子色谱、高效液相色谱、热光碳分析仪、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子光谱法(ICP-OES)等分别对颗粒物(PM10和PM2.5)中水溶性离子、多环芳烃、有机碳(OC)/元素碳(EC)、无机元素等分别进行了检测分析,讨论了昆明市大气PM10和PM2.5的浓度、比值特征。主要结论如下:(1)各城市的PM10和PM2.5浓度变化呈现出较为一致的规律,最低值一般出现在7月份,最高值一般出现在12月份。PM2.5/PM10值大多数在0.5以上,表明各城市的大气PM10主要是由PM25所构成。各城市的PM1o和PM25的质量浓度与气温都呈现出负相关,但与相对湿度和风速之间的相关性有着区域的差别,颗粒物的浓度与能见度之间有一定的负相关性。(2)昆明地区PM10的年均值为257μg/m3,PM2.5年均浓度为123μg/m3,均有不同程度的超标,其中,PM1o显著高于国家二级年标准值75μg/m3,PM2.5也远高于二级标准值35μg/m3,分别超标243%和251%。昆明地区PM2.5/PM10比值在0.37-0.67之间,年均值为0.48,接近0.5,表明PM25在PM10中占有较大的比例。水溶性离子、无机元素、多环芳烃和OC/EC的质量分别占PM10质量的11.84%、22.69%、0.024%和11.10%,占PM25质量的10.07%、24.67%、0.019%和24.03%,无机元素和OC/EC是颗粒物中的主要化学组分。PM10和PM2.5中9种水溶性离子总质量浓度分别为30.42μg/m3、12.38μg/m3,Ca2+和8042-是两种浓度较高的水溶性离子。PM10和PM25中35种无机元素的总质量浓度为58.3μg/m3、30.3μg/m3,颗粒物中钙、硅、钠、铝、钾、铁、镁的浓度非常高,均占PM10和PM25中元素总质量的91.01%左右。PM10和PM2.5中16种多环芳烃总质量浓度分别为62.6ng/m3、23.1ng/m3,颗粒物中以多环的芳香烃的浓度较高,且一般在冬季有最大值。采样期间PM10中OC和EC的浓度均值为21.7μg/m3、6.6μg/m3,PM2.5中OC和EC的浓度均值21.2μg/m3、6.3μg/m3,PM10和PM2.5中OC、EC有着较好的相关性,R2为0.82、0.92,说明颗粒物中OC和EC有着一些较为共同的污染源,PM10中OC/EC为3.26,PM2.5中OC/EC为3.37,无论是粗颗粒物,还是细颗粒物中的OC/EC均大于2,说明OC的来源均有来自二次有机气溶胶的贡献,且细颗粒物中二次有机气溶胶对OC的贡献略大于PM10。(3)昆明地区颗粒物浓度与风速之间具有一定的正相关性,与温度有着较弱的正相关,与相对湿度间的负相关相关系数值较高,负相关较为明显。颗粒物浓度与相对湿度、风速之间的相关性与第四章中的分析结论较为一致,但颗粒物与气温之间的相关性结论并不一致,这可能是由于采样期间春季和夏季的平均温度几乎相当,并未能体现春季和夏季的温差。昆明地区由于紫外线辐射强,相对湿度较低,在风速较大的季节,颗粒物的浓度往往较高,和一些城市较大的风速能稀释颗粒物有着显著的区别。(4)主成分分析(PCA)分析结果表明,PM10中无机元素的主要源为冶金等化工行业源(34.90%)、建筑水泥尘和地面扬尘源(22.96%)、合金制造源(9.61%)、钢铁冶炼源(7.33%);PM25中无机元素的主要源为冶金等化工行业源(45.14%)、建筑水泥尘和地面扬尘源(11.32%)。PM10中多水溶性离子的主要源为生物质燃烧和土壤源(40.38%)、机动车尾气及燃煤源(32.91%);PM25中多水溶性离子的主要源为生物质燃烧和土壤源(30.54%)、机动车尾气及燃煤源(25.13%)、建筑尘(25.13%)。PM10中多环芳烃的主要源为机动车污染源(63.61%)、燃煤源(19.85%);PM2.5中多环芳烃的主要源为焦化源(49.42%)、燃煤源(36.83%)、生物排放源(6.84%)。
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