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为探讨西安市PM10/PM2.5的整体分布及其来源特征,本研究于2010年1月、4月、7月和10月分别在上风区高陵和下风区黑河以及市区4个点(省政府、浐灞、微电机、地环所)连续采集2周的mini样品,分析其质量浓度、水溶性无机离子、含碳组分(有机碳(OC)和元素碳(EC))以及元素组分(主要分析了Ti、Mn、Fe、Zn、As、Pb)的季节和空间分布,并且用源解析方法分析其来源贡献率。具体分析结果如下:
PM2.5和PM10的年均值分别为116.1μg·m-3和247.0μg·m-3,其最低值均出现在黑河,最高值出现在省政府。城区(省政府、浐灞、微电机和地环所4个点浓度均值)、高陵和黑河PM2.5的季节变化均为:冬季>春季>秋季>夏季。PM10在城区和高陵的变化也为:冬季>春季>秋季>夏季,在黑河则为春季>冬季>秋季>夏季。冬季受燃煤取暖以及逆温层影响,颗粒物不易扩散,故其浓度值最高,春季受沙尘暴和开春建筑扬尘的影响,颗粒物浓度尤其是PM10浓度会升高。PM2.5和PM10的城郊分布均为城区均值>高陵>黑河,不同季节的变化情况略有不同。
总水溶性离子占PM2.5质量浓度的39%,PM10中总水溶性离子的比例为31.5%。二次水溶性离子SO42-、NO3-和NH4+是水溶性无机离子的主要组成部分,占PM2.5和PM10中总水溶性离子的比例分别为81.9%和75.7%,且在细粒子中所占比例较高,二次水溶性离子均在秋季浓度均值最高。地区分布为城区点均值>上风区高陵>下风区黑河,受地理位置、人口密度、机动车数量及工业活动影响,城区点中浐灞的浓度值最小,省政府、微电机浓度较高。
总碳气溶胶(TCA)在PM2.5中的比例高于PM10,OC/TCA的范围为48%~52%,EC/TCA为16%~22%。PM2.5中OC和EC的年均值分别为17.7μg·m-3和6.0μg·m-3,PM10中则分别为28.3μg·m-3和8.2μg·m-3。OC和EC的季节表现为冬季最高,夏季最低,空间变化为城区点均值>高陵>黑河。城区点PM2.5中OC/EC值冬季最高,夏季最低,PM10中则是春季最高,秋季最低。
Zn、As、Pb等元素主要存在细粒子中,而Ti、Mn、Fe则主要分布在粗粒子中。Ti、Fe的季节分布为春季最高,夏季最低,其他元素均为冬季最高,夏季最低。PM2.5中,Ti、Fe的空间分布为黑河>城区点>高陵,Mn为城区点>黑河、高陵(黑河与高陵点Mn元素水平相当),而Zn、As、Pb的空间分布均为城区点>高陵>黑河。PM10中,各元素的空间分布均为城区点>高陵>黑河。Ti、Mn的富集因子小于10,表明其主要是地壳来源,而Zn、As、Pb的富集因子均大于10,其中Zn、Pb的富集因子在城区点都大于100。
各组分在PM2.5和PM10中的年均含量次序为:土壤尘>有机物>硫酸盐>硝酸盐>铵盐>元素碳>氯化物。受风沙尘影响,春季土壤尘比例最高,夏、秋季有机物、二次气溶胶离子的比例升高,冬季土壤尘比例升高,有机物含量也较高。对颗粒物进行PMF来源解析,二次气溶胶和燃煤、机动车排放、生物质燃烧、建筑尘和土壤尘是西安地区的主要污染贡献源。不同点污染源及其贡献比例不同,城区PM2.5中各污染源的贡献份额分别为二次气溶胶和燃煤(43.0%),机动车和工业排放(18.0%),建筑尘(15.5%),生物质燃烧(12.5%),土壤尘(10.7%),PM10中的贡献源比例分别为建筑尘和机动车(27.0%),燃煤和生物质(23.6%),二次气溶胶(22.3%),土壤尘(16.1%),工业排放(11.1%)。郊区点土壤尘比例升高,建筑尘比例下降,但是二次气溶胶和燃煤贡献比例也较高。PM2.5与PM10的源解析结果相比,PM10中土壤尘和建筑尘的贡献源比例较高。城区点PM10中二次气溶胶和燃煤比例高于PM2.5中的贡献比例,而高陵和黑河则比PM2.5中低。