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含碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,对全球气候变化、能见度、环境质量、人类健康等有重要影响。为了解上海市大气细颗粒物(PM2.5)中含碳物质的浓度及其影响因素,于2007年12月-2008年12月间在上海市的市区(徐家汇)和工业区(上大宝山校区)采样点分别采集了130多个PM2.5样品,并以临安大气本底站作为背景点(采集111个样品),应用DRI碳分析仪采用IMPROVE-TOR方法测定了样品中的有机碳(OC)、元素碳(EC)的含量。本文通过对上海市2008年大气PM2.5中OC、EC的浓度水平、时空变化特征的分析,探讨了影响上海市PM2.5中含碳物质浓度的主要因素,并采用PMF因子分析法解析了大气细颗粒物的主要来源。主要研究结论如下:
上海市市区和工业区PM2.5中OC和EC的年平均浓度为8.10、11.91μg·m-3和3.91、4.69μg.m-3,OC/EC比值分别为2.01和2.42,说明近郊区(工厂密集区)的细颗粒物污染比中心城区更严重,且两地细颗粒物来源有一定差别。OC、EC浓度存在较明显的季节变化,冬季最高,夏季最低,冬季OC和EC的浓度约为夏季的2倍和1.4倍。OC和EC浓度之间的相关性在冬季、夏季和秋季较高(R2为0.80-0.87),说明这些季节排放源相对稳定,而春季的相关性较差(R2<0.6),这可能与春季时风向多变、不同地区的大气颗粒物对上海产生影响有关。二次有机碳(SOC)是OC的重要部分,年平均浓度占OC总量的30%左右;夏季时SOC对OC的贡献率最高(~40%),这与夏季温度高、光照强烈有利于光化学反应进行的情况一致。
含碳气溶胶浓度与风速呈较好的负相关关系,且呈现出风速越大相关性越好的特征;细颗粒物中OC浓度与温度呈较显著的负相关关系,而EC与温度基本不存在相关性;降水对OC和EC的浓度有较明显的影响,冬季无降水天气的OC和EC平均浓度是雨雪天气时的2倍以上,降水天气时OC/EC及SOC/OC比值明显降低,说明二次有机气溶胶由于其较强的水溶性而易于被降水除去;大气中含碳细颗粒物浓度与能见度之间存在显著的负相关性,其中EC浓度与能见度的相关性要好于OC,这主要是由于EC是大气中最重要的吸光组分,对太阳辐射具有较大的影响。
应用PMF因子分析法对上海市大气中PM2.5的来源解析表明,上海市大气PM2.5的来源主要有:二次源(二次硝酸盐和二次硫酸盐)、机动车尾气(汽油型和柴油型)、燃煤排放、道路扬尘和海盐,其中二次污染物和机动车尾气的贡献最大。不同季节上海市PM2.5的来源差异较大,道路扬尘源在春夏季贡献较大;夏季时二次硫酸盐是PM2.5的主要贡献者;冬季燃煤污染源(包括工业燃烧、居民生活)对细颗粒物有较大贡献。