初夏沿江典型城市(南京市)硝酸盐形成机制及来源初析

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长江中下游地区面临严重的大气复合污染,高浓度的细颗粒物和臭氧同时存在,掌握大气复合污染的形成机制,并做好一定预防措施,是有效改善空气质量的前提和基础。二次无机盐作为PM2.5的重要组成部分,理清污染过程中二次无机盐的演变过程和影响因素,是提升对大气复合污染认识的关键。  本文针对长江中下游地区的典型城市在大气复合污染过程中的二次无机盐生消过程,进行了深入研究。以南京夏季为例,时间段分别为2014年6月10日至6月17日(个例1)、2014年6月27日至6月30日(个例2)。  从总体来看,相对于清洁时期,个例1和个例2中的二次无机盐(SNA)在PM2.5中所占的比例均有不同程度的上升,其中硝酸盐(NO3-)的占比增加最为显著。从气象要素来看,个例1和个例2中风速和相对湿度的差异最为显著。SNA在PM2.5中的占比随相对湿度(RH)的增大而增大,呈现一个近线性关系,其中NO3-随RH的增大而增大最为显著,最高可增大6倍。此外,随着风速增大,二次无机盐浓度在PM2.5浓度中的占比差异呈下降趋势,NO3-的浓度占比下降也最为显著。  对比不同酸度下[NO3-]/[SO42-]与[NH4+]/[SO42-]之间的相对关系,发现两次个例中的NH4+绝对富余,NO3-主要是由HNO3(g)和NH3(g)通过均相化反应产生。对比不同相对湿度下NH4NO3形成过程中所需要的NH3和HNO3的理论分压积,发现当RH大于多组分的共同潮解相对湿度(DRH*)时,NH4NO3潮解平衡时NH3和HNO3的理论分压积显著降低,最大可降低一个数量级,低于观测得到的分压积,有利于NO3-生成,同时,观测和理论的分压积差异能够很好地表征NO3-的浓度变化趋势。  WRF和NAQPMS模式较好地重现南京以及周边地区气象条件和污染物的变化特征,为本文定量计算两次个例的硝酸根的来源奠定了基础。南京地区硝酸盐的区域来源中,个例1主要受外来传输的影响,苏州和无锡的贡献最大,为19.4%,浙江北部、海上贡献以及本地贡献次之;个例2中,南京本地的贡献最大,日均贡献最大可达40.3%,这一结果与后向轨迹的模拟结果相符。此外,无论是个例1还是个例2,工业源、电厂源以及交通源都是南京地区的硝酸盐的主要行业来源。
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