重庆市主城区大气水溶性离子在线观测分析

2017-11-07翟崇治许丽萍刘芮伶蒋昌潭

中国环境监测 2017年5期

关键词：气态水溶性颗粒物

李礼，翟崇治，王军，许丽萍，刘芮伶，蒋昌潭

重庆市生态环境监测中心,城市大气环境综合观测与污染防控重庆市重点实验室，重庆 401147

重庆市主城区大气水溶性离子在线观测分析

李礼，翟崇治，王军，许丽萍，刘芮伶，蒋昌潭

重庆市生态环境监测中心,城市大气环境综合观测与污染防控重庆市重点实验室，重庆 401147

PM2.5；水溶性离子；在线观测；污染特征

各种固体或液体微粒均匀分散在空气中形成一个庞大的分散体系——气溶胶体系，气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物，粒径多在0.001～100 μm之间。由于颗粒物对人体健康、大气辐射平衡、气候变化及能见度有重要的影响，对大气颗粒物的研究已受到越来越多的关注[1-6]。大气颗粒物监测数据是建立污染排放管制及追踪控制策略重要的信息来源[7]，但单纯的颗粒物质量浓度监测不足以提供足够丰富的信息，尤其在先进的空气质量模式预测评估中存在一定的缺陷[8]。实时在线观测水溶性离子成分，掌握大气颗粒物的化学特性数据，对于污染源贡献分析、人体健康影响评估，以及开展相关区域性灰霾生消规律的研究等工作具有十分重要的意义[9-11]。

研究利用在线气体与气溶胶成分监测仪(IGAC)，在重庆市大气超级站开展了一段时间的试用观测分析，高时间分辨率、全自动化实现连续监测，实时反映出即时的大气污染状况和化学组分特征，通过观测结果捕捉和分析出特定的污染来源，并结合空气质量新标准监测的常规污染物予以验证，为大气环境管理提供必要的技术支撑。

1 观测方法

1.1观测仪器

1.2观测时间

观测时间为2015年12月18日—2016年3月31日，共108 d，观测数据分辨率为1 h，共获取2 212组数据。

1.3观测地点

观测地点位于重庆市大气超级站，站点位于重庆北部新区青枫北路18号凤凰C座楼顶，地理坐标为106°29′51″E，29°36′57″N，海拔高度为326 m，距离地面高度为35 m。重庆市大气超级站周边地势平坦开阔，周边为写字楼、公园、居住区，还分布着一些车辆喷涂、制药等企业，人口密集，观测点周边交通系统较为发达，属于城市与工业区的过渡区域。同时，该站点作为常年连续观测点，开展多参数在线综合观测，站点具有较好的代表性，监测数据能够客观反映重庆市主城区范围的大气环境质量水平和变化规律。

2 观测结果分析

2.1水溶性离子及气态污染物浓度特征

图1是观测期间PM2.5中水溶性离子浓度的时间序列图。

图1 水溶性无机离子浓度时间序列Fig.1 Time series of concentration of water-soluble inorganic ions

图2是观测期间细颗粒物的气态前体物浓度分布。

图2 气态污染物浓度时间序列Fig.2 Time series of concentration of gaseous pollutants

由图2可见，NH3和SO2是最主要的气态污染物，平均质量浓度分别为4.02、14.66 μg/m3，占总体积浓度的92.34%；HCl、HNO2和HNO3平均质量浓度分别为0.54、1.62、1.10 μg/m3。

第2次污染过程发生在2016年2月5—12日(即春节期间)，重庆市主城区16个国控评价站点的空气质量新标准监测结果显示，此次过程主要为PM2.5污染，SO2和NO2日均质量浓度无明显波动。2月5—7日为轻度污染，PM2.5日均质量浓度为80 μg/m3左右，2月8、9日上升至重度污染，PM2.5日均质量浓度超过150 μg/m3，随后污染逐日减轻。污染期间大气层结具有明显的日变化，未观察到逆温现象，风速大部分集中在0.5～1 m/s；相对湿度呈现“凹”字特征，最低值出现在2月7日，只有50%左右。该次污染过程PM2.5中的铵盐、硫酸盐、硝酸盐等二次组分浓度明显低于第1次，而K+和Cl-等一次组分浓度在2月7日(除夕)和2月8日(春节)急剧上升，且整个污染过程期间浓度均较高。其中K+和Cl-是指征生物质燃烧的示踪物[14]，表明春节假日期间空气重污染过程PM2.5主要是来自于一次组分的贡献，且主要受烟花爆竹燃放的影响。

2.2主要离子浓度的日变化特征

图3描述的是PM2.5中主要水溶性离子及气态污染物质量浓度日变化特征。

图3 PM2.5中主要水溶性离子及气态污染物质量浓度日变化特征Fig.3 Diurnal characteristics of major water soluble inorganic ions in PM2.5 and gaseous pollutants

2.3重污染过程的离子组分特征

图4和图5是观测期间气态污染物和PM2.5中水溶性离子浓度随时间变化图。

图5 气溶胶中水溶性离子浓度随时间变化Fig.5 Time series of concentration of water soluble ions in aerosol

为主要的污染组分。

表1 气态污染物浓度分布

表2 气溶胶中水溶性离子浓度分布

2.4水溶性离子间相关性及来源分析

表3和表4分别显示了元旦期间和春节期间PM2.5中各种水溶性离子质量浓度的相关性矩阵。

表3 元旦期间水溶性离子浓度的相关性矩阵

注：“**”为在0.01水平(双侧)上显著相关；“*”为在0.05 水平(双侧)上显著相关。下同。

表4 春节期间水溶性离子浓度的相关性矩阵

3 结论

2015年12月—2016年3月期间，利用在线气体与气溶胶成分监测仪(IGAC)在重庆市大气超级站开展连续观测分析，并捕捉到2次持续时间较长的空气重污染过程，分析研究得出如下结论：

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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