（环境科学专业论文）厦门岛城区大气pm25的污染特征和来源解析及灰霾预报初探.pdf

摘要 元素的组成在灰霾与非霾期变化相对较小，与无机元素在大气中没有二次转化有 关。 3 质量平衡构成显示，有机质( o m ) 、土壤尘和硫酸盐均为厦门岛p m 25 中 含量较高的组分，三种组分共占p m 2 5 质量浓度的5 0 以上。o m 、e c 和二次离 子在灰霾期间的百分含量均高于非灰霾天气，显示出这三种组分对灰霾形成的重 要贡献。 4 厦门岛不同时期大气p m 25 的主要稳定来源为交通源( 1 8 3 8 ) 、硫酸 盐( 1 2 3 0 ) 和石材加工尘( 1 2 - - - 2 9 ) ，三者对p m 2 5 的总贡献率达5 4 - - 7 7 ；煤烟尘也是非常重要的来源，但其对p m 25 的贡献受东北季风条件下外来 源输入的影响较为显著，其在冬季的贡献率可达18 以上。其次，对p m 2 5 贡献 较大的来源为土壤尘、铵盐、路面尘、硝酸盐和建筑尘。除气象条件外，煤烟尘 和交通源对大气p m 2 5 的较高贡献是导致冬季灰霾天气频繁发生的重要原因。夏 季灰霾期间交通源对p m 2 5 的贡献率显著高于非灰霾期，证实了厦门岛机动车数 量的高速增长是导致灰霾天数急剧增多的主要原因。减少厦门岛灰霾天气的发生 必须从控制机动车尾气排放入手。 5 厦门岛春季大气消光系数的主要贡献者为硫酸铵盐，硝酸铵盐、o m 和e c 。 灰霾天气状况下硝酸铵盐对消光系数的贡献明显增多，体现了灰霾天气机动车尾 气排放对能见度降低的较大贡献。本研究提出重构更适用于本地的i m p r o v e 消 光系数经验方程，并结合数值模型进行灰霾天气预报的初步方案。 关键词：p m 25 ；灰霾；水溶性离子；o c 、e c ；无机元素；来源；灰霾预报 v i a b s t r a c t a b s t r a c t x i a m e ni st h e ”n a t i o n a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nm o d e lc i t y ”a n df a m o u s t o u r i s tc i t y i nt h e p a s t6 0y e a r s ，t h eh a z ed a y sh a da ni n c r e a s i n gt r e n di nx i a m e nc i t y , e s p e c i a l l yi n c r e a s e db yl e a p sa n db o u n d sa f t e r2 0 0 3 s t u d y i n gt h ec h e m i c a l c o m p o s i t i o n sa n ds o u r c ea p p o r t i o n m e n to fp m 25d u r i n gh a z ea n dn o n - h a z ep e r i o d si n x i a m e ns h o w e dv e r yi m p o r t a n t i n t h i ss t u d y ，p m 25s a m p l e sw e r ec o ll e c t t e df r o ms e p t e m b e r ，2 010t oa u g u s t , 2 011i n h o n g w e na i rq u a l i t ym o n i t o r i n gs i t eo fx i a m e n ，a n da n a l y z e df o r w a t e r - s o l u b l ei o n s ( w s l ) ，o r g a n i cc a r b o n ( o c ) ，e l e m e n t a lc a r b o n ( e c ) a n di n o r g a n i c e l e m e n t s ( i e ) i ts t u d i e dc h a r a c t e r i s t i co fc h e m i c a lc o m p o s i t i o n s ，s e a s o n a lv a r i a t i o n b e t w e e nh a z ea n dn o n h a z ep e r i o d s ，a n da l s od i s c u s s e ds o u r c ea p p o r t i o n m e n to f p m 2 5b yf a c t o ra n a l y s i s ( f a ) ，c h e m i c a lm a s sb a l a n c em o d e l ( c m b8 2 ) a n d b a c k w a r dt r a j e c t o r ya n a l y s i s t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 b yt h ei n f l u e n c eo fe a s ta s i am o n s o o nc l i m a t e ，s i g n i f i c a n ts e a s o n a lv a r i a t i o n s o fp m 2 5 ，t o t a lw s i ，o ca n de cw e r ef o u n di nx i a m e nw i t hh i g h e rl e v e l si nw i n t e r a n ds p r i n g ，l o wl e v e l si ns u m m e r t h ec o n c e n t r a t i o no fi es h o w e du n c h a n g e a b l ei n a u t u m n ，w i n e ra n ds p r i n g ，b u tw a sh i g h e rt h a nt h o s ei ns u m m e r t h ec o n c e n t r a t i o n so f p m 2 5a n dp m 2 5 - b o u n dw s i ，o c ，e ca n di ei nx i a m e nw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a n m a n ya m e r i c a na n de u r o p e a nc i t i e s ，a n da l i t t l el o w e rt h a nd o m e s t i cm e g ac i t i e s t h e f i n ep a r t i c u l a t ep o l l u t i o ni nx i a m e nb e c o m e sw o r s e 2 i nh a z ed a y s ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fp m 2 5a n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o n sw e r ea l l i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yu n d e rc e r t a i nw e a t h e rc o n d i t i o n sd u r i n gh a z ed a y s c o m p a r e d w i t hn o n - h a z ed a y s ，t h em a s sp e r c e n t a g eo fs e c o n d a r yi o n s ( n 0 3 ，s 0 4 2 。，n h 4 + ) i n p m 2 sw a si n c r e a s e di nh a z ed a y sa n dt h e yt e n d e dt oe x i ti na e r o s 0 1 i nt h ef o r mo f n h 4 c i ，n h 4 n 0 3 ，( n h 4 ) 2 s 0 4 p m 2 5i nx i a m e nw a sa c i d i ci nh a z ea n dn o n h a z ed a y s b u tt h ea c i d i t yw a ss l i g h t l yw e a k e ri nh a z ed a y sf o rt h ei n c r e a s i n go fn l - h + m o r e s e c o n d a r yo r g a n i cc a r b o n ( s o c ) w a sf o r m e di nh a z ed a y s ，b u tt h ei n c r e a s er a t eo f p r i m a r yo r g a n i cc a r b o n ( p o c ) w a sh i g h e rt h a ns o c ，p o cp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei n h a z ef o r m i n g i nh a z ed a y s ，e ci n c r e a s e dm o r et h a no c ，t h ea c c u m u l a t i o no f p r i m a r y p o l l u t a n te cm a i n t a i n e dam a j o rr o l ei nh a z ef o r m a t i o n t h em a s sc o n c e n t r a t i o na n d e n r i c h m e n tf a c t o r ( e f ) o f t y p i c a lh u m a np o l l u t i o ne l e m e n t s ( c u ，z n ，p b ，s ，c d ，a s ， v n a b s t r a c t b r , c r ) h a di n c r e a s e di nh a z ed a y s ，b u tt h ec o n c e n t r a t i o no fc r u s te l e m e n t s ( c a ，n a ， m g ，a i ) h a dn oo b v i o u si n c r e a s e ，e v e nr e d u c e d t h ec o m p o s i t i o no fi n o r g a n i c e l e m e n t sw a sr e l a t i v e l ys m a l lc h a n g e sb e t w e e nh a z ea n dn o n h a z ed a y s ，o w i n gt on o s e c o n d a r yf o r m a t i o nf o ri n o r g a n i ce l e m e n t s 3 t h er e s u l t so fm a s sb a l a n c ec o n s t i t u t e sm e t h o di n d i c a t e do r g a n i cm a t t e r ( o m ) ， s o i ld u s ta n ds u l p h a t ew e r em a i nc o m p o n e n to fp m 25i nxi a m e n ，t h em a s sp e r c e n t a g e o ft h e mi np m 2 5r e a c d e du pt o5 0 t h ep e r c e n t a g eo fo m ，e ca n ds e c o n d r yi o n si n p m 2 5w e r ea l lh i g h e ri nh a z ed a y s ，a n dt h e yw e r eo n eo ft h em o s tc r i t i c a li n f l u e n c e s o nh a z ef o r m a t i o n 4 t h em a i ns t a b l es o u r c e so fp m 2 5 i nd i f f e r e n tp e r i o d si nx i a m e nw e r et r a 衔c e m i s s i o n ( 1 8 - - , 3 8 ) ，s u l p h a t e ( 1 2 - - - 3 0 ) a n ds t o n ep r o c e s s i n gd u s t ( 1 2 2 9 ) s o o td u s tw a sa l s ot h ei m p o r t a n ts o u r c e ，b u ti t sc o n t r i b u t i o nf o rp m 2 5w a si n f l u e n c e d b yr e g i o ni n p u td u r i n gt h en o r t h e a s tm o n s o o ns e a s o n t h e n ，s o i ld u s t ，a m m o n i u m s a l t s ，r o a dd u s t ，n i t r a t e sa n db u i l d i n gd u s tw e r ea l s ot h es i g n i f i c a n ts o u r c e e x c e p tf o r m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n ，h i g h e rc o n t r i b u t i o no ft r a f f i ce m i s s i o na n ds o o td u s tf o r p m 2 5i nw i n t e rl e dt oh a z eo c c u r r i n gf r e q u e n t l y i ns u m m e rh a z ed a y s ，t h e c o n t r i b u t i o nr a t eo ft r a f f i ce m i s s i o nf o rp m 25w a sf a rh i g h e rt h a nt h a ti nn o n h a z e d a y s ，w h i c hc o n f i r m e dt h er a p i dg r o w t hn u m b e ro fv e h i c l e sw a s t h el e a d i n gc a u s ef o r as h a r pi n c r e a s ei nh a z ed a y s t or e d u c et h eo c c u r r e n c eo fh a z e ，i tm u s ts t a r tw o r k i n g o nt h ee m i s s i o nc o n t r o io fm o t o rv e h i c l e 5 t h em a j o rc h e m i c a lc o m p o s i t i o nf o ra t m o s p h e r i cl i g h te x t i n c t i o nc o e f f i c i e n t ( b e x t ) i ns p r i n gx i a m e nw a s ( n h 4 ) 2 s 0 4 ，n h 4 n 0 3 ，o r g a n i cm a t t e ra n de c t h e c o n t r i b u t i o no fn h 4 n 0 3t ob e x ti n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nh a z ep e r i o d s ，r e f l e c t i n gt h e g r e a t e ri n f l u e n c eo fv e h i c l ee m i s s i o n sf o rr e d u c i n gv i s i b i l i t y t h i ss t u d yp r o p o s e da v i a b l es o l u t i o nt oe s t a b l i s hh a z ef o r e c a s ts y s t e m b yn u m e r i c a lm o d e la n d r e c o n s t r u c t e dl i g h te x t i n c t i o nc o e f f i c i e n te q u a t i o n k e y w o r d s ：p m 2 5 ；h a z e ；w a t e r s o l u b l ei o n s ；o c ；e c ；i n o r g a n i ce l e m e n t s ；s o u r c e a p p o r t i o n m e n t ；h a z ef o r c a s t 第1 章引言 1 1 灰霆的基本知识 1 1 1 灰霆的定义 第1 章引言 随着经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，城市地区的大气气溶胶污染 情况日趋严重，都市霾现象或者是灰霾天气也频繁出现，严重影响了人们的生产 和生活。近年来，甚至有专家研究表明“灰霾将取代吸烟，成为肺癌致病头号 杀手”。 灰霾也称为霾，最早是由美国沙漠所w a t s o n 博士提出来的( 姚焕英，2 0 0 8 ) 。 他认为：霾是颗粒物和气体污染物导致的可觉察到的能见度降低的污染天气现 象。目前，国际上对于“霾”的定义标准不一致。根据美国国家环保署定义，霾 是指空气中的灰尘、硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、有机碳氢化合物等粒子使大 气浑浊、视野模糊并导致能见度恶化，便将这种非水成物组成的气溶胶系统造成 的视程障碍称为霾，霾天气则指大气边界层乃至对流层低层整体的大气浑浊现 象。 1 9 7 9 年，在中国气象局地面气象观测规范( 中国气象局，1 9 9 6 ) 中，灰 霾天气被定义为：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小 于1 0k m 的空气普遍混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色”。 1 9 9 5 1 9 9 9 年，美国、欧洲和印度等国的2 0 0 多位科学家在印度和印度洋开展 了一项国际大气科学试验( 谭吉华，2 0 0 7 ) 。他们通过对飞机、船舶和卫星等携 带设备观测资料的分析发现，从1 2 月至4 月，有一约三公里厚，面积达美国本 土大小的偏棕色气溶胶污染云层笼罩在印度洋、南亚和东亚上空，并将之称为亚 洲棕色云( a s i a nb r o w nc l o u d ) 。大气棕色云是国际上首次在远离大陆的大洋上 空发现的污染物大范围聚集，作为一个区域性环境问题，大气棕色云的发现使亚 洲地区的空气质量状况格外受到全球关注。目前，我国存在4 个明显大范围的灰 霾区域，分别为华北地区、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲，且有同益加重 的趋势。据文献报道，目前在沿海大城市区域霾出现的同数每年达到1 0 0 - - - 2 0 0 第1 章引言 天以上，强度也大大增加( 吴兑等，2 0 0 7 a ) 。 1 9 9 6 年，全国自然科学名词审定委员会根据国务院授权公布的大气科学名 词( 全国自然科学名词审定委员会，1 9 9 6 ) ，对“霾”的定义为：悬浮在空中肉 眼无法分辨的大量微粒，使水平能见度小于1 0k m 的天气现象。但对其中微粒大 小并没有明确的界定，对它们的形态和组分也没有具体的说明。 2 0 1 0 年1 月2 0 日，中国气象局发布了关于灰霾的最新气象行业标准，该标 准白2 0 1 0 年6 月1 日起开始实施。根据该标准( 霾的观测和预报等级，2 0 1 0 ) 最新定义：能见度 秋 季 夏季。 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 彳一、 吕 些 、- 一 毯 爱 乜 g 山 秋季冬季春季夏季 图3 2 厦门岛p m 2 5 平均质量浓度的季节变化特征 f i g 3 2s e a s o n a l v a r i a t i o no fm a s sc o n c e n t r a t i o no fp m 2 5i nx i a m e n 总体来说，除特殊情况下污染源会发生剧烈变化( 如春节期间大量烟花爆竹 的燃放污染物排入大气) 外，般情况下污染源不会发生剧烈变化，而颗粒物浓 度的明显的季节变化可能主要是某些气象影响因素的强烈变化所引起的。一般说 来，影响污染物浓度的气象因素包括风速、温度、湿度及雨量等。厦门岛夏秋季， 降雨、台风较多，对空气中p m 2 5 的冲刷和稀释作用较强，导致这两个季节p m 2 5 的污染减弱。厦门岛大气p m 2 5 质量浓度的季节变化特征，与第二章所提到的厦 门岛典型的亚热带季风气候的影响相呼应。图3 3 是研究期间厦门岛不同季节的 风向玫瑰图，包括风速、风向和风向频率的信息。从风玫瑰图来分析，厦门岛秋 季为东北风，且风速较高：冬、春季为东北偏东风；而夏季则风向明显转变为南 风。夏季，来自太平洋的东南季风带来海上清洁的空气，对厦门本地的大气具有 明显的稀释作用，大气中p m 2 5 等污染物的浓度降低。在盛行东北季风的秋、冬、 春季，来自上风向大气颗粒物的长距离传输对p m 2 5 有一定的贡献；在一定大气 环流条件下，北方的沙尘也会传输至厦门地区。同时，在秋季，较高的风速有有 利于大气污染物的扩散，也使秋季大气p m 2 5 的浓度低于冬、春季节。 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 a u t u m n ，。- ”一睁r t h 、 | cs f 强 叮嬉s 口：- 二； o ：! - ：! ，e ： ：4 世 t - 3 i 14 i - - 1 o ，! ： ：a p i ：3 4 1 ， 图3 3 厦门岛四个季节的风向玫瑰图( 2 0 1 0 9 - 2 0 1 1 8 ) f i g 3 3w i n d r o s ei nf o u rs e a s o n si nx i a m e n ( s e p t e m b e r , 2 0 1 0 - - - a u g u s t 2 0 1 1 ) 3 1 3 灰和非灰期间p m 2 5 的浓度特征和气象条件 图3 4 为狄霾和非灰霾期间厦门岛p m 2 5 质量浓度的季节变化。由图可以看出， 非灰霾期间厦门岛p m 2 ，5 质量浓度具有显著的季节变化特征，春季最高，冬秋季 次之，夏季最低；大气p m 2 5 的浓度主要受区域大气候背景的影响。灰霾期没有 明显的季节变化特征，大气p m 2 5 的浓度在4 个季节均达到较高水平，即8 0 嵋m 。 以上；较高的p m 2 5 浓度主要受灰霾天气下特定的气象条件的影响。 弧 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 彳、 写 望 、 蜊 装 托 窆 厶 图3 4 灰霾和非灰霾期间厦门岛p m 2 5 浓度的季节变化 f i g 3 4s e a s o n a lv a r i a t i o no fm a s sc o n c e n t r a t i o no fp m 2 5d u r i n gh a z ea n d n o n h a z ep e r i o d si nx i a m e n 为了比较扶霾与非狄霾天气状况下气象条件的差异，图3 5 给出了四个季节 采样期间两种天气状况下的统计气象资料。其中，每个季节气象数据为各个采样 日的平均值，每个采样同的气象数据为2 4 小时瞬时值的平均值。同季节相比较， 灰霾天气湿度明显高于非灰霾天气，细颗粒物吸湿凝结增强光散射，降低能见度 且高湿度不利于颗粒物扩散；灰霾天气风速明显低于非灰霾天气，使得狄霾天气 大量聚集的颗粒物难以扩散；灰霾天气气压也较低，大气更稳定，不利于污染物 的扩散。 表3 1 不同季节灰霾与非灰霾期间的气象条件 t a b l e3 1m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n si nf o u rs e a s o n sd u r i n gh a z ea n dn o n - h a z e p e r i o d si nx i a m e n 第3 章厦门岛城区人气p m 25 及其化学分组的污染特征 图3 5 显示了从2 0 1 0 年3 月6 日0 0 ：0 0 点到2 0 1 0 年3 月9 日0 9 ：0 0 期间，风 速、能见度和相对湿度的瞬时值。该图明显反映出：能见度和风速存在一定的正 相关性，能见度和相对湿度则存在显著的负相关性；也从某一方面也应证了上述 结论。此外，图3 5 也代表了一次典型的灰霾的消散过程。在此次灰霾消散过程 的“过渡期 ，急剧增大的风速起到了关键性作用，同时大气相对湿度也开始下 降，这都为污染物的扩散，即灰霾天气的消散提供了有利条件。 图3 5 能见度、风速、相对湿度的瞬时值( 2 0 11 3 60 ：0 0 - - - 2 0 1 1 3 99 ：0 0 ) f i g 3 5h o u r l ym e t e o r o l o g i c a ld a t ao fv i s i b i l i t y ，w i n ds p e e da n dr e l a t i v e h u m i d i t y ( 2 0 l l 一3 60 ：o o - 2 0 1 1 - 3 - 99 ：0 0 ) 3 1 4 本部分小结 通过前面的讨论，从厦门岛大气p m 2 5 的质量浓度水平、季节变化，以及气 象条件的影响，总体看来，厦门岛大气p m 2 5 有以下几个特点： 1 厦门岛年均p m 2 5 质量浓度为7 5 3 2l i g m 一，是美国p m 2 5 年平均浓度限值 的5 倍多，是国外城市的2 。5 一1 0 倍。厦门岛p m 2 5 的年均污染水平远高于国内中 等城市，紧逼国内特大城市北京、上海和广州。全年1 2 7 天的采样时间里，p m 2 5 质量浓度的f 1 均值为2 2 1 7 - 1 7 3 3 5 鹏m 一，以u se p a 的日均浓度限值3 5 腭m 。 来衡量，超标率达9 2 8 。月平均p m 2 5 浓度范围为4 1 8 2 一- 1 1 3 3 5 嵋m 一，月平 均最高浓度是春季4 月份，其次是冬季1 2 月份；最低浓度是秋季的9 月份和夏 季的7 月份。 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 2 厦门岛p m 2 5 质量浓度存在明显的季节变化特征：春季 冬季 秋季 夏 季。这种季节变化特征与厦门岛典型的亚热带东亚季风气候紧密相关。 3 非灰霾期间厦门岛p m 2 5 质量浓度具有显著的季节变化特征，春季最高， 冬秋季次之，夏季最低；大气p m 2 5 的浓度主要受区域大气候背景的影响。灰霾 期间，没有明显的季节变化特征，大气p m 2 5 的浓度在4 个季节均达到较高水平 ( 8 0p g m 刁以上) ；较高的p m 2 5 浓度主要受灰霾天气下特定的气象条件的影响。 4 通过气象条件的对比分析发现，能见度与湿度存在很好的负相关性，能见度与风速存 在很好的正相关性。灰霾期间较高的湿度和较低的风速，是导致大气中p m 2 5 高度累积的重 要气象因素。 3 2 厦门岛城区p m 2 5 中水溶性离子的污染特征 水溶性离子作为大气颗粒物的重要组分之一，是大气颗粒物源解析所关注的 重要化学成分。水溶性离子包括水溶性阴离子( f 、c i 、n 0 3 、p 0 4 弘、b r 、s 0 4 2 。) 和阳离子( n a + 、k + 、n h 4 + 、c a 2 + 、m 9 2 + ) 。而含量较高、与人类活动密切相关 的有阴离子n 0 3 、s 0 4 2 。和阳离子n h 4 + 。许多研究证实水溶性离子对大气的消光 系数具有较高的分担率，是许多大都市造成灰霾天气的最主要原因。此外，水溶 性离子直接影响大气降水的酸度( k e r m i n e ne ta 1 ，2 0 0 1 ；a c k e re ta 1 ，2 0 0 2 ；y a oe t a 1 ，2 0 0 3 ) ；因其吸湿性而影响云凝结核的浓度，从而引起间接的辐射强迫作用 ( m k o m ae ta 1 2 0 0 9 ) 。因此，研究细颗粒物中水溶性离子在灰霾期和非灰霾期 的分布特征，对研究灰霾污染的形成机制，改善空气质量有着十分重要的意义。 3 2 1 水溶性离子的污染水平和组成特征 由表3 2 可见，厦门岛与人为排放有关的二次离子s 0 4 、n 0 3 - 和n h 4 + 为厦门 大气p m 2 5 中主要的水溶性离子物种，其浓度分别为l3 2 7 、5 3 2 和4 6 6g g m 一， 分别占八种水溶性离子( c r 、n 0 3 、s 0 4 2 、n a + 、1 0 、n h 4 + 、c a 2 + 、m 9 2 + ) 总含 量的5 0 1 、2 0 。1 和1 7 6 ；其次，含量较高的离子组分依次为c l 、k + 、c a ：+ 、 n a + 、u 9 2 + ，分别占八种水溶性离子总含量的3 6 、3 4 、3 1 、1 6 和o 6 。 而含量较高、与人类活动密切相关的阴离子是厦门岛酸性降水的一个重要原因。 第3 章厦门岛城区人气p m 2s 及其化学分组的污染特征 厦门岛是中国东南沿海城市，海盐是厦门岛大气中水溶性离子的一个来源。 大气中海盐颗粒来自于海洋表面海水的拍打、撞击、飞溅而进入空气( d e s p i a ue t a 1 ，1 9 9 6 ) 。庄马展( 2 0 0 6 ) 之前对厦门岛p m l o 和p m 2 5 中水溶性离子成分进行 研究，表明海盐离子n a + 和c l 对p m 2 5 的贡献远小于对p m l o 的贡献，同时海盐 对厦门岛水溶离子的贡献要低于珠江三角洲地区。根据国外研究( m o r a l e s ， 1 9 9 8 ) ，以n a + 为参考，利用以下公式，可计算非海盐s 0 4 2 ( n s s s 0 4 2 - ) 、k + ( n s s k + ) 、c a 2 + ( n s s c a 2 + ) 的浓度，以判断非海盐源对大气颗粒物中水溶性离 子的贡献。计算公式如下： c 姆x 删一碱细，( x n a + ) 海水 ( 3 - 1 ) 其中，公式( 3 1 ) 中的n a t 删假定为仅仅来源于海盐，海水中( k + n a + ) 、 ( c a 2 + n a + ) 、( s 0 4 2 俐a + ) 的比值分别取0 0 3 5 5 、o 0 3 7 3 、0 2 4 5 5 。以此方法计 算结果显示，厦门岛p l v l 2 5 中非海盐源的n s s s 0 4 2 一、n s s k + 、n s s - c a 2 + 的贡献均达 到9 5 以上，同时也无明显的季节变化特征。此结果说明厦门岛海盐对p m 2 5 中 水溶性离子组分的贡献较小，与庄马展的结论相一致。图3 6 为不同城市p m 2 5 中水溶性离子的组成特征。由图可以看出，与图中城市北京、上海、青岛、台湾 以及南韩的清州市相比，厦门岛p m 2 5 中三种二次离子的总含量相对较高，仅次 于越南首都河内，表明厦门岛存在较严重的二次气溶胶污染。 清州，南韩 河内，越南 台湾 青岛 北京 上海 暖门 0 2 0柏 1 0 0 永溶性离子的组成( ) 图3 6 不同城市p m 2 5 中水溶性离子的组成 f i g 3 6c o m p o s i t i o no fp m 2 5 - b o u n dw a t e r - s o l u b l ei o n si nd i f f e r e n tc i t i e s 2 9 第3 章厦门岛城区大气p m 25 及其化学分组的污染特征 2 0 1 0 至2 0 1 1 年，厦门岛年平均八种水溶性离子的总含量为2 6 5 烬m 一，明显 高于国外城市越南首都河内、南韩的清州市、多伦多、洛杉矶和瑞士首都伯尔尼； 低于中国首都北京市；与上海、青岛、台湾的含量相当。厦门岛p m 2 5 中水溶性 离子的污染水平与6 年前相比，各种组分的含量均有不同程度的增加，是6 年前 ( 2 0 0 4 - - 2 0 0 5 ) 八种组分总含量( 1 9 9l x g m 一，) 的近1 5 倍，增幅比较明显的组 分是n 0 3 。 机动车排放的n 0 2 是大气中硝酸盐的主要来源，而燃煤释放的s 0 2 是大气中 硫酸盐的主要来源，因此，通常将n 0 3 s 0 4 2 。比值用来评估移动源和固定源对大 气中硫氮的贡献情况( a r i m o t oe ta 1 ，1 9 9 6 ) 。本研究，厦门岛2 0 1 0 2 0 1 1 年 n 0 3 s 0 4 2 一比值为0 4 0 ，远小于国内特大城市北京( 0 6 7 ) 、上海( o 6 0 ) 和欧美 发达城市伯尔尼( 1 0 7 ) 、多伦多( o 8 1 ) 和洛杉矶( 0 7 6 ) ；高于中国的中小型 城市青岛( o 2 8 ) 和台中( 0 2 0 ) ；与中国省会城市杭州( o 4 1 ) 和南韩的清州( o 4 4 ) 相当。此结果反映出厦门岛机动车尾气污染( 即移动源) 对大气中硫氮的贡献处 于中等水平，即小于高度发达的城市而又高于一般的中小型城市。这一结果也从 某一角度反映了厦门的经济和城市发展水平。中国重庆和越南河内出现的 n 0 3 s 0 4 2 。比值很低，分别为o 0 2 和0 0 5 ，表明固定源对p m 2 5 的贡献远大于流 动源的贡献，也反映出二城市较严重的工业燃煤状况。厦门岛n 0 3 - s 0 4 2 比值在 2 0 0 4 - 2 0 0 5 年为0 2 2 ，6 年的时间增长了近2 倍，说明移动源对p m 2 5 的贡献越 来越大，这与前面2 1 2 节讨论的近年来厦门岛机动车惊人的增长是相吻合的。 厦门岛n 0 3 - s 0 4 2 比值仍小于1 ，说明固定源的影响仍超过移动源，厦门岛仍属 于工业型煤烟污染城市。这与其周边密集分布的4 个电厂的燃煤排放密切相关， 见第二章采样站位图( 图2 1 ) 。厦门作为著名的旅游城市和国际海港城市，较多 的工业燃煤排放和日益增长的机动车尾气排放，将对大气环境质量和厦门经济的 可持续发展带来较大的挑战。 - _ o ooon苗j20jo苗玉u 心o _oon一日苟敬11 【0 noon：一再苟iiii眦oji 【oon，有苟oari 寸oon，百苟ailqnoon，奄苗眦磊阻 noon，言苗毒l卜8n挣甚夏卜8n蜒匿h ”oon，一日-q口西是，oon转噬胛趟 碌富将 卜o i 寸寸on o o o n on 0【冀on o 0卜吧oo 嘧on n 0o 叶o h 寸 卜n “ a o “ n n n 昏 卜寸崎 囊o n 蚧吨 _ c 寸1 心i 冀o 0 n h n a 岔一 8 c o 一o i 0 _ o 0 _ o o 心i a o o 心寸n 心口岔l-8昏岔_ n 田- 寸n 区怪 匠粼暑羚建 毒岳悟 q 荨 心口a i - ”a a h 区增瞿f，爿恒 n n o n o o n n o n o o 一啦o n n 一 寸一o 卜卜n oon西岔岔一 n a h 卜n_寸o n n o 卜卜o a寸寸_寸_ 岔n noon。一oon 婚n寸岔_ o 寸n n o n ”o n ”o 卜n n 岔卜价 寸_ 口n 寸 o ) 0 n 卜岔a h t 寸h o 9 崎i n n i _ n o _ 【n o 寸i 一“ 吨崎 q 【 n n 【 n o o n 寺o o n n “ o n z i o 昏豸口 ”00同寸oon n 寸寸 卜o 卜一 n n 一一 卜o n n 心_ 【 卜_ 1 o n n 一 n 卜 n n o n 寸n noon一oon h田n岔noh n n 崎 o o n ”n _ n o n 均o 卜n 卜n o 寸口岔 ”8nnoon 岔6 h 寸n i _ ”9 n 卜q n n n 式寸9 o 岔n 0 ”o 0 n 0 口西c ”n o ”o o n o o n n n n 口岔o 一o 卜一o o 田寸 e 寸o n n ”卜 一【onoon 凶增趣 k 椰最蚺掣情 书挥哩长雩薄怔丰蜒怔辎墨庭 区球阳赠杈 髂姐哥姐 区逍哩毒七b 怪 区怪区悟鬯悟邕悟区悟 由怔系蟮巡栅佞罢 赡q蹦l 、i 隧 篷仪柑抵 、onoz g j 7 0 f o z o + u + k 至 0 + t z + b z ：=山 厘茁 剥粼遥若 捂鬈 _茸m宣-它_io参o_夸口葺=oi畏胁蜀ooo暑_o叻jq-矗，-o晴口。一_爵i_目ou葺ou丽矗-o爵_再昌皇盘nn o_盆矗 铎筮怛冀柚林婶苌球孵譬卅怔掣瓣*nc秣 爆#球贮g求外s林嗡，n苫厶旷区鬈宙c谜褂n妹 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 3 2 2 灰霆和非灰窭期间水溶性离子的差异 3 2 2 1 灰霾与非灰霾p m 2 s 中水溶性离子的污染水平和组成差异 厦门岛灰霾与非灰霾天气平均p m 2 5 的质量浓度、水溶性离子组分的浓度和总 浓度( s u m ) 以及n 0 3 - s 0 4 2 比值见表3 3 。图3 7 为厦门岛全年灰霾和非灰霾采样 期间，每个有效采样日p m 2 5 的浓度、总的水溶性离子浓度占p m 2 5 的百分比 ( t w s i p m 2 5 ) 和总的二次污染离子占总的水溶性离子含量的百分比 ( s e c i t w s i ) 。 表3 3 厦门岛灰霾与非灰霾天气p m 2 5 中水溶性离子成分的浓度( p g m 。3 ) t a b l e3 3c o n c e n t r a t i o na n dc o m p o s i t i o no fw a t e r - s o l u b l ei o n si nh a z ea n d n o n h a z ed a yi nx i a m e n ( p g m d ) f 写 望 、一， 瑙 蛏 叶 芝 厶 图3 7 厦门岛灰霾和非灰霾天气每个有效采样日p m 2 5 浓度、 t w s i p m 2 5 和s e c l t w s l f i g 3 7p m 2 sc o n c e n t r a t i o n sa n dm a s sp e r c e n t a g eo ft w s i p m 2 5 ， s e c l t w s li nh a z ea n dn o n - h a z ed a y s 由表3 3 和图3 7 可见，全年采样期间，灰霾天气厦门岛p m 2 5 的平均质量浓度 3 2 鲫加加的印们加o 第3 章厦门岛城区大气p m 2 5 及其化学分组的污染特征 高达9 2 7 9g g m 一，是非灰霾天气的年均浓度( 5 9 5 8l a g m 。) 的近2 倍。可见，灰 霾天气极其恶劣的细颗粒物污染现象。灰霾期间，总的水溶性离子浓度占p m 2 5 含量的百分比( t w s i p m 2 5 ) 平均为3 9 1 ，高于非灰霾期的3 0 9 ；总的二次 污染离子占总的水溶性离子含量的百分比( s e c i t w s i ) 在灰霾天气也明显增加， 达n 8 8 7 ，而在非灰霾天气占8 2 5 。与非灰霾天气对比，灰霾天气水溶性离 子组分中的n 0 3 、s 0 4 2 和n h 4 + 的增幅最大，其次是k + 和c l 。；分别是非灰霾天气 的3 1 、2 2 、1 7 、1 7 和1 6 倍。这几种离子全部或者部分地主要来自子人为污染 排放源。而主要来源于地壳源的离子n a + 、u d + 斤- 和c a 2 + ，其浓度在灰霾期间并没 有明显的增加。灰霾与非灰霾期间水溶性离子组分的这种差异也证明了灰霾期比 较严重的人为排放污染物的