千里岩大气颗粒态二元羧酸的形成和来源研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hexingjie1980
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颗粒态二元羧酸是大气二次有机气溶胶(SOA)中化学组成特征方面研究较多的一类。分析它的来源以及形成过程对研究其对于人体健康、地球辐射平衡和全球气候的影响,以及大气SOA形成机制等具有十分重要的意义。颗粒物化学组分模态的不同可以反映其不同的来源,因此颗粒态二元羧酸的形成机理大多可以通过分析它的粒径分布进行判别。目前,国内有关千里岩海岛大气中颗粒态二元羧酸的形成机理及来源方面缺乏系统的认识,本文通过采集2011年4月24日至2011年5月4日期间千里岩海岛春季大气的分粒径气溶胶样品,并利用离子色谱方法对其中的乙二酸、丙二酸、丁二酸三种二元羧酸以及其他主要的水溶性无机离子进行分析,总结了非沙尘天气(晴天)和沙尘天气下、白天和夜间颗粒态二元羧酸的粒径分布特征,并据此结合主要离子间的相关性分析结果对颗粒态二元羧酸的来源和形成机制进行了探讨。研究表明:(1)受千里岩当地发电机等设备的局地污染源影响,各离子组分的粒径分布结果较为复杂,尤其在小于0.048μm以及大于9.9μm粒径范围内极易出现浓度较高的现象,并且在非沙尘天气时这种影响更为明显。(2)颗粒态乙二酸的浓度在两种天气状况下均呈现类似的双模态粒径分布,即0.54~1.0μm范围内的液滴模态和3.1~6.2μm范围内的粗模态,并以液滴模态为主。虽然晴天的样品数比沙尘天气下多一倍,但乙二酸的浓度水平在沙尘天气中要明显高于前者,并且其双模态分布特征更为显著,而且在>6.2μm的粗粒子中也没有明显的浓度上升趋势。与乙二酸不同的是,丁二酸和丙二酸在液滴模态上的分布并不明显,并且在有模态分布现象时主要表现为凝结模态(0.093~0.32μm)以及粗模态(1.8~6.2μm)。丁二酸在沙尘天气中的浓度水平略高于非沙尘时期,并且在沙尘条件下明显集中在0.093~0.32μm范围内的凝结模态。丙二酸的含量在沙尘天气状况下有所降低,并且粒径分布不明显,反而在非沙尘时期呈现较为显著的凝结模态(白天)以及粗模态(夜间)分布特征。(3)非沙尘天气下,千里岩海岛大气中的颗粒态二元羧酸来自于陆地源和海洋源的混合源,并以陆地源输送为主。白天时间段内,乙二酸在液滴模态(0.54~1.0μm)的分布主要来自于云过程中的液相氧化反应;对于其他粒径段下二元羧酸的存在可能来自于气-粒转化凝结、非均相反应以及海洋生物源的真菌代谢排放,其中,非均相反应的作用对粗粒径上乙二酸的分布作用可能更大。在夜间,液滴模态下乙二酸的形成受云过程的作用较大,而在粗模态下的分布则以气态前体物同海盐气溶胶的非均相反应为主。(4)在沙尘暴发的时期内,二元羧酸的来源受东亚陆源影响较大,并且沙尘时期C3/C4比值在白天、夜间分别为0.23、0.29,低于非沙尘时期,说明沙尘气溶胶中携带的陆源离子对千里岩颗粒物中二元羧酸浓度的贡献显著,其反应前体物也可能主要来自于陆地源沙尘的输送作用。颗粒态乙二酸在白天多分布于液滴模态(0.54~1.8μm)中,并且同NO3-、NH4+、Mg2+等离子的相关性分别为0.90、0.88和0.86,说明乙二酸主要来自于气相光化学氧化凝结以及云过程。夜间颗粒态乙二酸同非沙尘时期夜间的分布类似,表现为双模态分布,而且C2同NO3-、NH4+和nss-SO42-的相关系数分别为0.98、0.87、0.80,因此其形成机制可以归纳为云过程(液滴模态)、沙尘气溶胶表面的非均相化学过程(粗模态)。
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