中国东海近海气溶胶化学组分特征及硝酸盐来源的氮氧同位素示踪研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dulcimerqin
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海洋气溶胶是全球大气的重要组成部分,是大气化学中多相反应的催化剂,对人体健康、海洋生态环境以及全球气候变化有着重要的影响。目前研究证明水溶性离子是海洋气溶胶的主要成分,其中硝酸盐(NO3-)又是水溶性离子的重要组成部分。近几十年来随着东亚经济的高速发展,我国东部沿海地区的活性氮含量急剧上升。NO3-作为大气中无机氮重要存在形式,不仅是造成灰霾等大气污染天气的重要驱动因素之一,还会在沉降入海后对东海生态系统产生重要的影响。本文选取东海近海大气背景站-泗礁岛作为研究对象,选择依据为近海海域是大气污染物由内陆向大洋迁移的过渡带,监测近海地区大气状况对分析其污染物的来源和评价其污染水平有重要意义。本研究于2017年9月至2018年8月共采集了四个季节136个大气总悬浮颗粒物(TSP)样品,对TSP样品进行常规的颗粒物浓度测试,水溶性离子等常规成分的测定,并通过稳定同位素技术测定气溶胶样品中硝酸盐氮氧双同位素(δ15N、δ18O),结合采样期间的气象条件因子(温度,湿度,风速等)变化,综合比较其季节变化差异,解析硝酸盐的来源于转化形成机制。联合后向轨迹数据、主成分分析法、Bayesian模型对背景站点TSP及其主要二次物质来源贡献进行量化分析。得到以下主要结论:(1)嵊泗地区TSP浓度水平远低于国家年均浓度的二级标准(200μg·m-3),采样期间平均质量浓度为(132.3±78.6)μg·m-3是TSP年均浓度一级标准的(80μg·m-3)1.65倍。其季节特征表现为冬季>春季>夏季>秋季。气象条件对TSP质量浓度的影响主要变现为低温条件下有利于TSP浓度的升高。后向其流轨迹分析显示嵊泗站点冷季气团主要来自东北与西北方的大陆,暖季主要来自西南与东南的海洋上空。(2)全年TSP中主要水溶性离子(TWSIIs)平均质量浓度从高到低排序依次为NO3->nss-SO42->NH4+>Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>K+>MSA,季节变化特征表现为春季(26.6±16.5)μg·m-3≈冬季(26.5±16.3)μg·m-3>秋季(17.1±8.3)μg·m-3。SNA(SO42-、NO3-和NH4+)是东海地区TWSIIs中最重要的组分,其在秋季、冬季、春季、夏季的占比分别为70.8%、86.4%、66.9%与74.9%。冬季与春季的离子污染属于硝酸盐主导型,夏季与秋季为硫酸盐主导。(3)通过相关性分析可知东海地区Na+、Cl-主要来自海洋源的贡献。Ca2+主要来自地壳矿物质传输,Mg2+来自陆源和海源共同输入。冬季nss-K+来源复杂受到人为源的影响较大,夏季K+主要来自海洋源和陆源矿物质。冷季NH4+主要来自人为源与自然源。PCA主成分分析法显示秋季TWSIIs主要来自海洋源、人为污染源以及降尘与土壤,冬季主要来自人为污染源与海盐;春季主要来自海洋源与沙尘以及人类活动的二次转化;夏季主要受到海洋源与地壳、人为源影响。(4)东海嵊泗岛屿TSP中NO3-季节变化特征变现为冬季(11.4±9.6)μg·m-3>春季(8.02±5.56)μg·m-3>秋季(4.88±4.70)μg·m-3>夏季(0.8±0.63)μg·m-3。大气NO2与O3浓度季节变化是影响不同季节之间NO3-浓度差异的主要原因之一。通过稳定同位素技术测得δ18O-NO3-值在冬季与秋季分别为88.3±8.1‰和+74.5±8.5‰,说明秋季NO3-主要来自NOx的·OH氧化与O3氧化生成N2O5及其水解,冬季NO3-主要来自卤素参与的形成机制以及N2O5通道的贡献。(5)冬季TSP中NO3-的δ15N值高于秋季,分别为(+8.4±4.9)‰与(+4.1±3.2)‰,初步判断,秋季NO3-主要来自交通移动源排放及生物质燃烧源排放;冬季δ15N-NO3-来源受到燃煤、生物质燃烧以及交通源排放的NOx共同影响。通过SIAR模型定量分析得出,东海嵊泗岛屿冬季与秋季NO3-最主要来自土壤生物排放NOx所转化,贡献率分别为46.7±4.8%与37.9±4.6%。交通源是冷季NO3-第二贡献来源,且最为稳定,贡献率约为28%。冷季在冬季煤炭燃烧的贡献率比秋季上升了3%,生物质然的占比上升了约7%,说明冬季生物质燃烧与民用燃煤排放对NO3-的贡献大于秋季。
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