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随着经济发展和人民生活水平的提高,城市大气污染现象越来越引起人们的关注,特别是城市霾现象的频频出现已严重影响了人们的生活,引起社会各阶层的广泛关注。作为一个区域性环境问题,霾不仅使空气质量严重恶化,而且使大气能见度变差,对公众健康带来极大的危害。因此,研究和掌握霾的污染特征及霾生成的主要影响因素,对霾的预报和控制具有重要意义。
本研究利用2007年南京市草场门和迈皋桥监测点的细颗粒物(PM2.5)在线监测资料,2007年6月10日至2008年5月29日南京市环境监测中心站的PM2.5及其化学成分的观测和分析资料,以及同期气象资料,对PM2.5质量浓度、PM2.5中水溶性离子、元素、有机碳(Organic Carbon,OC)和元素碳(Elemental Carbon,EC)等成分进行了分析,研究了南京地区霾天气下细颗粒物及化学成分的污染状况以及和气象条件的关系,并采用因子分析法对南京市大气PM2.5来源进行了初步解析。主要研究内容和结论如下:
1)南京地区PM2.5污染特征及其影响因子分析。研究了南京地区不同采样点(草场门和迈皋桥)的PM2.5浓度的月季和日变化特征,利用同期气象资料分析了PM2.5浓度与气象条件的关系。结果表明,2007年,南京市细颗粒物污染较重,春冬季节较高、夏秋季节较低;日变化呈双峰分布。草场门采样点各月超标率均在55%以上,年超标率达72%;二个采样点各季节霾日PM2.5质量浓度均值均大于非霾日,无论是霾天气还是非霾天气,草场门采样点各季节PM2.5质量浓度均高于迈皋桥采样点(除秋季非霾天气)。对PM2.5质量浓度与水平能见度的相关性研究表明,南京市大气能见度与细粒子质量浓度呈现很好的负相关性,相关系数高达-0.98。草场门采样点霾天气下平均能见度水平仅5.2km,最高能见度为13km,最低为1.7km。
2)霾天气下南京市PM2.5中水溶性离子的污染特征。采用离子色谱法测定了2007年6月至2008年5月草场门采样点PM2.5中的水溶性离子组成,并对其进行分析。结果表明,霾天气下PM2.5中总水溶性离子质量浓度为54.28μg/m3,为非霾天气的1.6倍。分析的6种离子中SO42-、NO3-、NH4+是PM2.5的主要组成成分。灰霾期间PM2.5与NO3-、SO42-、NH4+的相关性较高。对比不同季节不同天气下的SOR(SO2转化率)和NOR(NOx转化率),发现霾天气下SO2和NOx转化率高于正常天气,表明SO2、NO2在霾天气更容易转化为二次气溶胶粒子。
3)霾天气下南京市PM2.5中金属元素污染特征及来源分析。利用电感耦合等离子体质谱法测定了2007年6月至2008年5月间草场门采样点的PM2.5中K、Al、Ca、Pb等30种元素的质量浓度,分析了这些元素在霾日与非霾日的污染特征。结果表明,春季霾日前后元素变化特征不明显,秋冬季节霾日元素浓度基本大于非霾日。平均而言,整个采样期间Cu、Se、Hg、Bi等人为污染元素的富集因子都比较高,且霾日明显大于非霾日。因子分析结果表明,南京市霾日PM2.5主要来源于土壤尘、冶金化工尘、化石燃料燃烧、垃圾焚烧及建筑扬尘,贡献率依次为20.15%、29.21%、27.15%、7.09%和5.10%。
4)霾天气下南京大气PM2.5中碳污染特征。利用热解法测定了草场门采样点2007年6月至2008年5月PM2.5中OC和EC的含量,比较分析了南京地区灰霾与非灰霾期间含碳气溶胶的污染特征。结果显示,不同季节,总碳气溶胶(Total Carbon,TC)占PM2.5的比值,即TC/PM2.5值较为稳定,为27%左右。OC/PM2.5以夏季最高(18.2%),EC/PM2.5以夏季最低(9.1%);夏季TC、OC含量为四季中最高,非降水日下,TC和OC的浓度分别高达37.1μg/m3和26.1μg/m3。秋、冬、春三季OC浓度变化不大,平均在13.6μg/m3~14.8μg/m3之间;EC浓度以秋季最高,分别为17.0μg/m3(霾日)和10.3μg/m3(非霾日)。除夏季外,各季节霾天气下TC、OC、EC、SOC值显著高于非霾天气。
夏季采样期间存在明显的二次污染,OC/EC值达2.82,SOC的百分含量和绝对含量都在夏季达到最高;OC、EC的相关性较好,霾天和非霾天气下相关系数均高达0.7以上。霾天气下,OC、EC的相关系数为0.762,稍高于非霾天气下的相关系数(0.747)。