長春春季PM2.5及其水溶性離子特征分析*

吳雨華 王 媛 朱 娜 秦 陽

(吉林省環境監測中心站，吉林 長春 130011)

長春春季PM2.5及其水溶性離子特征分析*

吳雨華 王 媛 朱 娜 秦 陽

(吉林省環境監測中心站，吉林 長春 130011)

PM2.5水溶性離子 后向軌跡

近年來，我國頻繁出現大面積區域性霾事件，PM2.5污染是致霾的主因。PM2.5是指空氣動力學粒徑小于2.5 μm的粒子，可對人體健康產生危害。PM2.5主要通過呼吸系統[1]進入人體，對人體的心血管系統[2]、免疫系統[3]等產生危害。此外，PM2.5還能改變地表熱平衡、降低大氣能見度[4]。有研究證實，水溶性離子是PM2.5的主要成分，是造成大氣能見度降低的主要原因[5]。

近幾年，長春也多次出現以高濃度PM2.5為主要特征的大氣霾污染天氣。3—4月份，長春仍然處于取暖期，燃燒大量煤炭。同時，農耕準備工作已經開始，城市周邊會有桔桿焚燒現象。此外，路面冰雪融化導致揚塵增加，使得春季PM2.5來源及轉化機制較其他季節更為復雜。我國已對京津冀[6-7]、珠三角[8]等地區的PM2.5中水溶性離子來源及轉化機制開展了較深入的研究。而長春PM2.5中水溶性離子研究工作比較薄弱，見著報道的研究主要集中于PM2.5濃度時空分布[9]及其與氣象條件關系分析[10]等。對水溶性離子等化學信息鮮見報道。因此，研究長春春季PM2.5中水溶性離子的特征可以揭示長春PM2.5的理化特性及污染特征，有利于促進東北地區大氣環境的治理與改善。

本研究選擇東北地區典型城市長春為研究對象，在2014年3—4月采集了PM2.5樣品，并對其中的水溶性離子進行分析，結合后向軌跡分析PM2.5的來源。

1 樣品采集與測定

1.1 樣品采集

采樣點位于吉林長春城區中心的吉林省環境監測中心站，距地高4.2 m。采樣點周邊屬于非商業圈，周圍無大型企業，交通影響也不嚴重，可以代表長春的大氣污染水平。2014年3月5日至2014年4月11日采集大氣PM2.5樣品，采樣器為2013型大流量大氣采樣器，配有PM2.5切割頭，采氣流量為1.05 m3/min。每天從6：00至18：00和18:00至次日6：00采集白天和黑夜樣品，儀器故障時的樣品剔除。

1.2 樣品測定

采樣膜為GE Whatman石英濾膜，采樣前放置于恒溫箱中(20±5) ℃恒溫24 h，然后放入干燥器中干燥24 h，在十萬分之一電子天平(瑞士梅特勒AG104型)上稱量，重復上述步驟，直到兩次稱量的質量差小于0.2 mg時，取前后兩次稱量的平均值作為濾膜質量。采樣后采用相同的方法稱量濾膜質量。稱量前后濾膜的質量差即為PM2.5質量，根據采樣流量和采樣時間計算PM2.5濃度。

表1 不同城市和地區的PM2.5比較

2 結果與討論

2.1 PM2.5污染特征

圖1為2014年3月5日至2014年4月11日長春PM2.5濃度的日變化。采樣期間PM2.5的質量濃度為34.9～237.5 μg/m3，平均質量濃度為125.6 μg/m3。根據《環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》(HJ 633—2012)，采樣期間屬于輕度(75 μg/m3

圖1 長春春季PM2.5質量濃度的日變化Fig.1 Daily variation of PM2.5 mass concentrations during spring in Changchun

2.2 水溶性離子污染特征

圖2 長春春季PM2.5中水溶性離子質量濃度的日變化Fig.2 Daily variation of water-soluble ions mass concentrations in PM2.5 during spring in Changchun

Cl-平均濃度位于第三，占水溶性離子的質量分數為15.4%。春季東北地區仍然有農田秸桿焚燒現象，由此產生的Cl-可能通過大氣運動輸送到城市。生物質燃燒過程排放的還有Ca2+、K+等離子。此外，溶雪劑的使用也可能是東北地區Ca2+和Cl-的來源。

3 后向軌跡分析

對觀測采樣期間的后向軌跡進行聚類分析。有關后向軌跡的資料來源于http://www.arl.noaa.gov/。計算時選取距地面高度為200 m，回推時間為72 h，計算時間節點分別為0點和12點，共確定4類后向軌跡。后向軌跡如圖3所示。

圖3 長春春季PM2.5后向軌跡Fig.3 The backward trajectory of PM2.5 in Changchun during spring

類別1氣團來源于內蒙古西北方向，軌跡數量占總數的35%。與其他類別氣團相比，軌跡長度最短，說明運行速度很慢，受類別1氣團影響的時間比較長，氣象條件比較穩定，容易造成污染物的累積。因此，在類別1氣團中PM2.5濃度比類別2和類別3氣團高。

圖4 4類氣團的水溶性離子質量濃度Fig.4 Mass concentrations of water-soluble ions for 4 kinds of air clusters

類別2和類別3氣團軌跡數量分別占總數的29%、24%，兩者分別起源于中國北部和俄羅斯，經過區域主要是比較干凈的草原地區，人為活動較少，所以PM2.5濃度比較低。類別3氣團移動速度較快，起源與途經的都是寒冷潔凈空氣，二次離子濃度最低，二次轉化相對較弱，而且對一次污染物也有一定的稀釋作用。

4類氣團的水溶性離子平均濃度如圖4所示。類別4氣團中水溶性離子濃度明顯高于前3類，與PM2.5濃度高相一致。類別3氣團中水溶性離子濃度最低，與類別3氣團發源地和途徑地比較干凈、寒冷一致。

4 結 論

(1) 長春春季大氣PM2.5質量濃度為34.9～237.5 μg/m3，平均質量濃度為125.6 μg/m3。

(3) 后向軌跡表明，長春春季PM2.5污染主要來源于內蒙古西北方向和長春東南部渤海、黃海地區。

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CharacteristicsofPM2.5anditswater-solubleionsinspringinChangchun,China

WUYuhua,WANGYuan,ZHUNa,QINYang.

(EnvironmentalMonitoringCenterofJilinProvince,ChangchunJilin130011)

PM2.5; water-soluble ions; backward trajectory

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.04.011

2016-03-18)

吳雨華，女，1975年生，碩士，高級工程師，主要從事環境監測和環境化學研究。

*吉林省科學技術廳基本科研專項(No.10605020130032)。