重慶市主城區(qū)大氣水溶性離子在線觀測分析

李 禮，翟崇治，王 軍，許麗萍，劉芮伶，蔣昌潭

重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,城市大氣環(huán)境綜合觀測與污染防控重慶市重點實驗室，重慶 401147

重慶市主城區(qū)大氣水溶性離子在線觀測分析

李 禮，翟崇治，王 軍，許麗萍，劉芮伶，蔣昌潭

重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,城市大氣環(huán)境綜合觀測與污染防控重慶市重點實驗室，重慶 401147

PM2.5；水溶性離子；在線觀測；污染特征

各種固體或液體微粒均勻分散在空氣中形成一個龐大的分散體系——氣溶膠體系，氣溶膠體系中分散的各種粒子稱為大氣顆粒物，粒徑多在0.001～100 μm之間。由于顆粒物對人體健康、大氣輻射平衡、氣候變化及能見度有重要的影響，對大氣顆粒物的研究已受到越來越多的關注[1-6]。大氣顆粒物監(jiān)測數(shù)據(jù)是建立污染排放管制及追蹤控制策略重要的信息來源[7]，但單純的顆粒物質量濃度監(jiān)測不足以提供足夠豐富的信息，尤其在先進的空氣質量模式預測評估中存在一定的缺陷[8]。實時在線觀測水溶性離子成分，掌握大氣顆粒物的化學特性數(shù)據(jù)，對于污染源貢獻分析、人體健康影響評估，以及開展相關區(qū)域性灰霾生消規(guī)律的研究等工作具有十分重要的意義[9-11]。

研究利用在線氣體與氣溶膠成分監(jiān)測儀(IGAC)，在重慶市大氣超級站開展了一段時間的試用觀測分析，高時間分辨率、全自動化實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，實時反映出即時的大氣污染狀況和化學組分特征，通過觀測結果捕捉和分析出特定的污染來源，并結合空氣質量新標準監(jiān)測的常規(guī)污染物予以驗證，為大氣環(huán)境管理提供必要的技術支撐。

1 觀測方法

1.1觀測儀器

1.2觀測時間

觀測時間為2015年12月18日—2016年3月31日，共108 d，觀測數(shù)據(jù)分辨率為1 h，共獲取2 212組數(shù)據(jù)。

1.3觀測地點

觀測地點位于重慶市大氣超級站，站點位于重慶北部新區(qū)青楓北路18號鳳凰C座樓頂，地理坐標為106°29′51″E，29°36′57″N，海拔高度為326 m，距離地面高度為35 m。重慶市大氣超級站周邊地勢平坦開闊，周邊為寫字樓、公園、居住區(qū)，還分布著一些車輛噴涂、制藥等企業(yè)，人口密集，觀測點周邊交通系統(tǒng)較為發(fā)達，屬于城市與工業(yè)區(qū)的過渡區(qū)域。同時，該站點作為常年連續(xù)觀測點，開展多參數(shù)在線綜合觀測，站點具有較好的代表性，監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠客觀反映重慶市主城區(qū)范圍的大氣環(huán)境質量水平和變化規(guī)律。

2 觀測結果分析

2.1水溶性離子及氣態(tài)污染物濃度特征

圖1是觀測期間PM2.5中水溶性離子濃度的時間序列圖。

圖1 水溶性無機離子濃度時間序列Fig.1 Time series of concentration of water-soluble inorganic ions

圖2是觀測期間細顆粒物的氣態(tài)前體物濃度分布。

圖2 氣態(tài)污染物濃度時間序列Fig.2 Time series of concentration of gaseous pollutants

由圖2可見，NH3和SO2是最主要的氣態(tài)污染物，平均質量濃度分別為4.02、14.66 μg/m3，占總體積濃度的92.34%；HCl、HNO2和HNO3平均質量濃度分別為0.54、1.62、1.10 μg/m3。

第2次污染過程發(fā)生在2016年2月5—12日(即春節(jié)期間)，重慶市主城區(qū)16個國控評價站點的空氣質量新標準監(jiān)測結果顯示，此次過程主要為PM2.5污染，SO2和NO2日均質量濃度無明顯波動。2月5—7日為輕度污染，PM2.5日均質量濃度為80 μg/m3左右，2月8、9日上升至重度污染，PM2.5日均質量濃度超過150 μg/m3，隨后污染逐日減輕。污染期間大氣層結具有明顯的日變化，未觀察到逆溫現(xiàn)象，風速大部分集中在0.5～1 m/s；相對濕度呈現(xiàn)“凹”字特征，最低值出現(xiàn)在2月7日，只有50%左右。該次污染過程PM2.5中的銨鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等二次組分濃度明顯低于第1次，而K+和Cl-等一次組分濃度在2月7日(除夕)和2月8日(春節(jié))急劇上升，且整個污染過程期間濃度均較高。其中K+和Cl-是指征生物質燃燒的示蹤物[14]，表明春節(jié)假日期間空氣重污染過程PM2.5主要是來自于一次組分的貢獻，且主要受煙花爆竹燃放的影響。

2.2主要離子濃度的日變化特征

圖3描述的是PM2.5中主要水溶性離子及氣態(tài)污染物質量濃度日變化特征。

圖3 PM2.5中主要水溶性離子及氣態(tài) 污染物質量濃度日變化特征Fig.3 Diurnal characteristics of major water soluble inorganic ions in PM2.5 and gaseous pollutants

2.3重污染過程的離子組分特征

圖4和圖5是觀測期間氣態(tài)污染物和PM2.5中水溶性離子濃度隨時間變化圖。

圖5 氣溶膠中水溶性離子濃度隨時間變化Fig.5 Time series of concentration of water soluble ions in aerosol

為主要的污染組分。

表1 氣態(tài)污染物濃度分布

表2 氣溶膠中水溶性離子濃度分布

2.4水溶性離子間相關性及來源分析

表3和表4分別顯示了元旦期間和春節(jié)期間PM2.5中各種水溶性離子質量濃度的相關性矩陣。

表3 元旦期間水溶性離子濃度的相關性矩陣

注：“**”為在0.01水平(雙側)上顯著相關；“*”為在0.05 水平(雙側)上顯著相關。下同。

表4 春節(jié)期間水溶性離子濃度的相關性矩陣

3 結論

2015年12月—2016年3月期間，利用在線氣體與氣溶膠成分監(jiān)測儀(IGAC)在重慶市大氣超級站開展連續(xù)觀測分析，并捕捉到2次持續(xù)時間較長的空氣重污染過程，分析研究得出如下結論：

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OnlineDetectionandAnalysisofAtmosphericWater-SolubleIonsinChongqingUrbanArea

LI Li,ZHAI Chongzhi,WANG Jun,XU Liping,LIU Ruiling,JIANG Changtan

Key Laboratory for City Atmospheric Environment Integrated Observation & Pollution Prevention and Control of Chongqing,Ecological Environment Monitoring Centre of Chongqing,Chongqing 401147,China

PM2.5;water soluble ions;online detection;pollution characteristics

X84

A

1002-6002(2017)05- 0022- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.05.04

2017-03-10;

2017-07-20

重慶市2014年度應用開發(fā)計劃重點項目“重慶市主城區(qū)秋冬季節(jié)空氣質量重污染過程追因技術研究”(cstc2014yykfa20005)

李 禮(1983-)，男，湖南湘潭人，博士，高級工程師。