吳雨華 王 媛 朱 娜 秦 陽(yáng)

(吉林省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，吉林 長(zhǎng)春 130011)

長(zhǎng)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(yáng)

(吉林省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，吉林 長(zhǎng)春 130011)

PM2.5水溶性離子 后向軌跡

近年來(lái)，我國(guó)頻繁出現(xiàn)大面積區(qū)域性霾事件，PM2.5污染是致霾的主因。PM2.5是指空氣動(dòng)力學(xué)粒徑小于2.5 μm的粒子，可對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。PM2.5主要通過(guò)呼吸系統(tǒng)[1]進(jìn)入人體，對(duì)人體的心血管系統(tǒng)[2]、免疫系統(tǒng)[3]等產(chǎn)生危害。此外，PM2.5還能改變地表熱平衡、降低大氣能見(jiàn)度[4]。有研究證實(shí)，水溶性離子是PM2.5的主要成分，是造成大氣能見(jiàn)度降低的主要原因[5]。

近幾年，長(zhǎng)春也多次出現(xiàn)以高濃度PM2.5為主要特征的大氣霾污染天氣。3—4月份，長(zhǎng)春仍然處于取暖期，燃燒大量煤炭。同時(shí)，農(nóng)耕準(zhǔn)備工作已經(jīng)開(kāi)始，城市周邊會(huì)有桔桿焚燒現(xiàn)象。此外，路面冰雪融化導(dǎo)致?lián)P塵增加，使得春季PM2.5來(lái)源及轉(zhuǎn)化機(jī)制較其他季節(jié)更為復(fù)雜。我國(guó)已對(duì)京津冀[6-7]、珠三角[8]等地區(qū)的PM2.5中水溶性離子來(lái)源及轉(zhuǎn)化機(jī)制開(kāi)展了較深入的研究。而長(zhǎng)春PM2.5中水溶性離子研究工作比較薄弱，見(jiàn)著報(bào)道的研究主要集中于PM2.5濃度時(shí)空分布[9]及其與氣象條件關(guān)系分析[10]等。對(duì)水溶性離子等化學(xué)信息鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，研究長(zhǎng)春春季PM2.5中水溶性離子的特征可以揭示長(zhǎng)春PM2.5的理化特性及污染特征，有利于促進(jìn)東北地區(qū)大氣環(huán)境的治理與改善。

本研究選擇東北地區(qū)典型城市長(zhǎng)春為研究對(duì)象，在2014年3—4月采集了PM2.5樣品，并對(duì)其中的水溶性離子進(jìn)行分析，結(jié)合后向軌跡分析PM2.5的來(lái)源。

1 樣品采集與測(cè)定

1.1 樣品采集

采樣點(diǎn)位于吉林長(zhǎng)春城區(qū)中心的吉林省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，距地高4.2 m。采樣點(diǎn)周邊屬于非商業(yè)圈，周?chē)鸁o(wú)大型企業(yè)，交通影響也不嚴(yán)重，可以代表長(zhǎng)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(shí)的樣品剔除。

1.2 樣品測(cè)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(wàn)分之一電子天平(瑞士梅特勒AG104型)上稱(chēng)量，重復(fù)上述步驟，直到兩次稱(chēng)量的質(zhì)量差小于0.2 mg時(shí)，取前后兩次稱(chēng)量的平均值作為濾膜質(zhì)量。采樣后采用相同的方法稱(chēng)量濾膜質(zhì)量。稱(chēng)量前后濾膜的質(zhì)量差即為PM2.5質(zhì)量，根據(jù)采樣流量和采樣時(shí)間計(jì)算PM2.5濃度。

表1 不同城市和地區(qū)的PM2.5比較

2 結(jié)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(zhǎng)春PM2.5濃度的日變化。采樣期間PM2.5的質(zhì)量濃度為34.9～237.5 μg/m3，平均質(zhì)量濃度為125.6 μg/m3。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)，采樣期間屬于輕度(75 μg/m3

圖1 長(zhǎng)春春季PM2.5質(zhì)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(zhǎng)春春季PM2.5中水溶性離子質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.4%。春季東北地區(qū)仍然有農(nóng)田秸桿焚燒現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的Cl-可能通過(guò)大氣運(yùn)動(dòng)輸送到城市。生物質(zhì)燃燒過(guò)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(qū)Ca2+和Cl-的來(lái)源。

3 后向軌跡分析

對(duì)觀測(cè)采樣期間的后向軌跡進(jìn)行聚類(lèi)分析。有關(guān)后向軌跡的資料來(lái)源于http://www.arl.noaa.gov/。計(jì)算時(shí)選取距地面高度為200 m，回推時(shí)間為72 h，計(jì)算時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為0點(diǎn)和12點(diǎn)，共確定4類(lèi)后向軌跡。后向軌跡如圖3所示。

圖3 長(zhǎng)春春季PM2.5后向軌跡Fig.3 The backward trajectory of PM2.5 in Changchun during spring

類(lèi)別1氣團(tuán)來(lái)源于內(nèi)蒙古西北方向，軌跡數(shù)量占總數(shù)的35%。與其他類(lèi)別氣團(tuán)相比，軌跡長(zhǎng)度最短，說(shuō)明運(yùn)行速度很慢，受類(lèi)別1氣團(tuán)影響的時(shí)間比較長(zhǎng)，氣象條件比較穩(wěn)定，容易造成污染物的累積。因此，在類(lèi)別1氣團(tuán)中PM2.5濃度比類(lèi)別2和類(lèi)別3氣團(tuán)高。

圖4 4類(lèi)氣團(tuán)的水溶性離子質(zhì)量濃度Fig.4 Mass concentrations of water-soluble ions for 4 kinds of air clusters

類(lèi)別2和類(lèi)別3氣團(tuán)軌跡數(shù)量分別占總數(shù)的29%、24%，兩者分別起源于中國(guó)北部和俄羅斯，經(jīng)過(guò)區(qū)域主要是比較干凈的草原地區(qū)，人為活動(dòng)較少，所以PM2.5濃度比較低。類(lèi)別3氣團(tuán)移動(dòng)速度較快，起源與途經(jīng)的都是寒冷潔凈空氣，二次離子濃度最低，二次轉(zhuǎn)化相對(duì)較弱，而且對(duì)一次污染物也有一定的稀釋作用。

4類(lèi)氣團(tuán)的水溶性離子平均濃度如圖4所示。類(lèi)別4氣團(tuán)中水溶性離子濃度明顯高于前3類(lèi)，與PM2.5濃度高相一致。類(lèi)別3氣團(tuán)中水溶性離子濃度最低，與類(lèi)別3氣團(tuán)發(fā)源地和途徑地比較干凈、寒冷一致。

4 結(jié) 論

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

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

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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(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境化學(xué)研究。

*吉林省科學(xué)技術(shù)廳基本科研專(zhuān)項(xiàng)(No.10605020130032)。