劉湘雪,蒲維維*,馬志強(qiáng),3,林偉立,韓婷婷,李穎若,周禮巖,石慶峰 (1.京津冀環(huán)境氣象預(yù)報(bào)預(yù)警中心,北京 100089；2.中國(guó)氣象局北京城市氣象研究院,北京 100089；3.上甸子國(guó)家大氣本底站,北京 101507；.中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,北京 100081)

細(xì)顆粒物(PM2.5)污染是近些年來(lái)我國(guó)面臨的嚴(yán)峻環(huán)境問(wèn)題之一.我國(guó)針對(duì)PM2.5污染已開(kāi)展了大量的研究工作,采取的各項(xiàng)減排措施已經(jīng)取得一定的成效[1-2].在歐洲和美國(guó)研究結(jié)果表明,盡管減少了化石燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)的排放能夠在一定程度上緩解空氣污染,但若在采取以上措施的同時(shí)減少氨(NH3)的排放能夠更有效減輕空氣污染[3-4].目前我國(guó)氣態(tài)污染物的減排對(duì)象主要針對(duì)的是 SO2和 NOx,針對(duì) NH3的減排措施相對(duì)較少.NH3是大氣中重要的堿性氣體,它能與大氣中的酸性氣體反應(yīng)生成顆粒態(tài)銨,在大氣二次氣溶膠形成過(guò)程中扮演著重要角色[5-7].NH3對(duì)PM2.5的生成有促進(jìn)作用[8-11],有研究發(fā)現(xiàn),NH3排放對(duì)全國(guó)城市 PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)率為 29.8%[12],隨著對(duì)PM2.5的深入研究,越來(lái)越多的研究?jī)A向于把NH3作為減排主控因子.研究表明,NH3減排可有效抑制無(wú)機(jī)鹽的生成[13-14],NH3的減排力度越大,PM2.5及硝酸鹽、銨鹽的濃度下降越快[15].

我國(guó) NH3排放量大,其中華北平原是我國(guó) NH3的主要排放區(qū)之一[16].大部分地區(qū)的 NH3排放主要源于農(nóng)業(yè)、畜禽業(yè)養(yǎng)殖等,因此農(nóng)業(yè)地區(qū)的 NH3濃度較高[17-18].近期有研究表明,城市地區(qū)的 NH3與農(nóng)業(yè)地區(qū)的 NH3濃度相當(dāng)[19],說(shuō)明人口稠密的城市地區(qū),垃圾、污水處理廠以及交通等非農(nóng)業(yè)源排放的NH3不容忽視,尤其是機(jī)動(dòng)車尾氣排放的 NH3往往被低估[20-21].另一方面,由于城市NH3與NOx排放源接近,這可能會(huì)導(dǎo)致 PM2.5濃度大幅增加,因此有必要開(kāi)展針對(duì)城市地區(qū) NH3的研究.對(duì)于遠(yuǎn)離城市的本底地區(qū)而言,NH3的濃度變化特征少有報(bào)道.北京本底地區(qū)2007～2010年的NH3濃度特征分析發(fā)現(xiàn)其濃度呈逐年遞增的趨勢(shì)[22],然而近年來(lái) NH3濃度變化呈何特點(diǎn),仍需進(jìn)行深入分析.由于北京本底站位于北京城區(qū)的北部,受特殊地形影響,在山谷風(fēng)環(huán)流的作用下,來(lái)自北京城區(qū)和華北平原地區(qū)的污染物易被西南風(fēng)輸送至本底地區(qū),對(duì)本底地區(qū)的 NH3濃度可能產(chǎn)生影響,但各季節(jié)影響其濃度的主要源區(qū)仍未明確;另一方面,在北風(fēng)的清除作用下,北京地區(qū)的 NH3濃度下降程度可能存在城郊差異,因此開(kāi)展北京城區(qū)和本底地區(qū)的 NH3觀測(cè)研究,有利于分析影響北京地區(qū) NH3濃度的主要來(lái)源區(qū)域及其差異.本研究通過(guò)在城區(qū)站點(diǎn)和本底站點(diǎn)分別開(kāi)展了為期3a和1a的實(shí)時(shí)在線觀測(cè)和部分時(shí)段的同期觀測(cè),獲取了北京地區(qū) NH3的濃度水平、變化特征結(jié)果,并結(jié)合氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù)及濃度權(quán)重軌跡分析法明確了北京地區(qū) NH3的輸送來(lái)源和潛在源區(qū).本研究結(jié)果可為北京地區(qū)的大氣污染綜合防治提供科學(xué)依據(jù)和參考.

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

城區(qū)觀測(cè)站點(diǎn)在 2015.5～2016.6期間設(shè)于北京城 區(qū) 西 北 部 的 寶 聯(lián) 站 (BL;39°56′N,116°24′E;50m a.s.l.),在 2016.7～2018.9期間設(shè)于中國(guó)氣象局院內(nèi)(CMA; 39°56′N,116°24′E;60m a.s.l.).城區(qū)站的風(fēng)向主要為北-東北風(fēng)和西-西南風(fēng).BL和CMA兩個(gè)觀測(cè)站的直線距離為2.6km,兩站點(diǎn)均位于城市多功能混合區(qū),周圍有辦公區(qū)、商業(yè)、住宅建筑和道路交通,NH3的排放受生活污水、居民垃圾和汽車尾氣等的影響,因此上述兩站點(diǎn)的采樣濃度可代表城市地區(qū)的NH3污染水平.

本底觀測(cè)站選取的是我國(guó)4個(gè)世界氣象組織全球大氣觀測(cè)網(wǎng)(WMO/GAW)大氣本底站之一的上甸子國(guó)家大氣本底站(SDZ;40°39′N,117°07′E;293.9m a.s.l.)(圖 1),主要風(fēng)向?yàn)闁|北-東和西北-西,該站的連續(xù)采樣時(shí)間為 2017.9.1～2018.8.31.SDZ位于北京東北部,距離北京城區(qū)約110km,其30km范圍內(nèi)人口稀少,人為排放不顯著.由于SDZ附近有小片果樹(shù)種植園,春季該地的 NH3濃度可能會(huì)受到含有磷酸氫二銨和尿素等肥料釋放的影響.

圖1 北京采樣點(diǎn)位置(點(diǎn)標(biāo)記)以及周邊地區(qū)Fig.1 Sampling locations in Beijing (dot mark) and surrounding areas

上述各站的采樣季節(jié)劃分為:3～5月代表春季、6～8月代表夏季、9～11月代表秋季、12～1月代表冬季.采樣儀器為NH3分析儀(907, Los Gatos Research Inc., USA).儀器測(cè)量原理是基于離軸積分腔輸出光譜法測(cè)量NH3濃度.3個(gè)觀測(cè)站的采樣管進(jìn)氣口采用孔徑4.5μm的特氟龍過(guò)濾膜過(guò)濾掉空氣中的顆粒物,采樣流速為0.4L/min,觀測(cè)頻率為50s.為了減少由于過(guò)濾膜上 NH4NO3顆粒積累和揮發(fā)而引起的偏差,觀測(cè)期間每周更換一次過(guò)濾膜.由于 NH3具有一定的粘性,易吸附于進(jìn)氣管壁上,因此在觀測(cè)時(shí)進(jìn)氣管路加熱到45℃以上,以避免NH3信號(hào)延遲.在開(kāi)始觀測(cè)之前,對(duì)城區(qū)與本底站的 NH3分析儀進(jìn)行了平行比對(duì)實(shí)驗(yàn),結(jié)果兩者相關(guān)性較高(R2=0.99),說(shuō)明兩臺(tái)NH3分析儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)可比,可用于不同站點(diǎn)間的對(duì)比觀測(cè)實(shí)驗(yàn).本研究中的氣象數(shù)據(jù)(氣溫T、相對(duì)濕度RH、風(fēng)速WS和風(fēng)向WD等)來(lái)自北京市氣象局的地面觀測(cè)數(shù)據(jù).

1.2 研究方法

1.2.1 基于HYSPLIT模式的軌跡計(jì)算 HYSPLIT(拉格朗日混合單粒子軌道模型)是美國(guó)國(guó)家海洋大氣局等開(kāi)發(fā)的能處理多種氣象輸入場(chǎng)、多種物理過(guò)程和不同類型排放源的較完整的輸送、擴(kuò)散和沉降的綜合模式系統(tǒng)[23].該模型是一種拉格朗日-歐拉混合計(jì)算模型,其平流和擴(kuò)散計(jì)算采用拉格朗日方法,而濃度計(jì)算則采用歐拉方法.采用拉格朗日與歐拉混合求解的方法,既能節(jié)省計(jì)算時(shí)間,又能提高計(jì)算結(jié)果的精度,從而可以更加精準(zhǔn)的模擬污染氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡.用于計(jì)算氣團(tuán)后向軌跡的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自NCEP(美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心)2017.9～2018.8年GDAS(全球資料同化系統(tǒng))氣象數(shù)據(jù).后向軌跡計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為 72h,時(shí)間分辨率為 1h,軌跡計(jì)算起始高度為100m.

1.2.2 濃度權(quán)重軌跡分析法 濃度權(quán)重軌跡分析法(CWT)通過(guò)氣流軌跡識(shí)別大氣污染物的潛在來(lái)源,并通過(guò)計(jì)算軌跡對(duì)應(yīng)的加權(quán)濃度來(lái)反映不同軌跡的污染程度,進(jìn)而反映接受點(diǎn)上游地區(qū)污染物的濃度分布情況,CWT值越高表明對(duì)接受點(diǎn)的潛在貢獻(xiàn)越大[24-26].CWT計(jì)算方法如下:

式中:CWTij代表第ij個(gè)網(wǎng)格上NH3的平均加權(quán)濃度;k代表軌跡; N是總的后向軌跡數(shù);Ck是軌跡k經(jīng)過(guò)網(wǎng)格ij時(shí)對(duì)應(yīng)的受體點(diǎn)NH3的質(zhì)量濃度; τijk為軌跡k在第ij個(gè)網(wǎng)格上的停留時(shí)間.為了避免nij值過(guò)低引發(fā)的不確定性,在計(jì)算中引入權(quán)重函數(shù)值 W[27],用二者乘積表示最終的 CWT結(jié)果,即 WCWT=

CWTij×W.權(quán)重函數(shù)如下:

CWT 網(wǎng)格覆蓋范圍是 20°～60°N 和 90°～140°E,網(wǎng)格分辨率為 0.25°×0.25°.

2 結(jié)果與討論

2.1 NH3濃度變化特征

2.1.1 NH3濃度水平以及與其他地區(qū)比較 研究期間,城區(qū)(BL和CMA)NH3小時(shí)均值濃度變化范圍在(1.8～198.7)×10-9V/V 之間,多年平均值(±1σ)為(32.5±20.8)×10-9V/V. SDZ的 NH3濃度遠(yuǎn)低于城區(qū),平均值為(11.2±9.8)×10-9V/V,小時(shí)濃度變化范圍在(0.1～55.5)×10-9V/V之間.表 1列出了本研究以及世界各地不同地區(qū)的大氣 NH3濃度值.從表中可看出,北京城區(qū) NH3濃度水平遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其他主要城市地區(qū),如上海、西安、南京、廣州和青島,同時(shí)也高于國(guó)外一些城市,如首爾、奈良、愛(ài)丁堡和休斯頓;SDZ的NH3濃度與上海農(nóng)村地區(qū)的濃度相近,但是高于美國(guó)和加拿大的農(nóng)業(yè)區(qū).說(shuō)明北京地區(qū)的NH3污染現(xiàn)狀較為嚴(yán)重.雖然北京的 NH3濃度處于較高水平,但是低于巴基斯坦拉合爾和印度新德里地區(qū).拉合爾及其周邊地區(qū)有大規(guī)模的農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)區(qū),農(nóng)作物和動(dòng)物廢棄物的分解釋放大量的 NH3導(dǎo)致了該地區(qū) NH3濃度的升高[40],而新德里的 NH3主要來(lái)自城市固體垃圾和交通源等的影響[41].

表1 不同地區(qū)NH3濃度水平Table 1 The concentrations level of NH3at different locations

2.1.2 年季變化特征 從 NH3的長(zhǎng)時(shí)間序列(圖2(a))變化中可以看出,NH3濃度呈波動(dòng)變化,總體為6～7月最高,1～2月最低.BL 站的年均值為(42.4±23.9)×10-9V/V(2015.5～2016.6);CMA 站 2016.7～2017.6和 2017.7～2018.6的年均值分別為(26.9±16.9)×10-9V/V 和(24.2±13.3)×10-9V/V.從城區(qū)兩個(gè)站點(diǎn)年均值的對(duì)比可看出,BL站年均值高于 CMA,這主要與BL站臨近馬路和居民區(qū),受人為源影響較大有關(guān).SDZ的NH3濃度在1月達(dá)到最低,之后逐漸升高,到 6月達(dá)到峰值(圖 2(b)),隨后呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其年均值為(11.6±10.3)×10-9V/V (2017.9～2018.8).

圖2 城區(qū)和本底地區(qū)NH3月變化特征Fig.2 The monthly variations of NH3in urban and background areas

從季節(jié)分布上看(表2),城區(qū)NH3濃度在夏季最高,為(34.1±6.8)×10-9V/V,春季和秋季的 NH3平均濃度相近,分別為(27.1±2.1)×10-9V/V 和(27.9±11.1)×10-9V/V,冬季濃度最低,為(11.1±2.2)×10-9V/V. SDZ的 NH3濃度季節(jié)變化規(guī)律與城區(qū)相似的是,夏季NH3濃度最高,為(19.7±9.3)×10-9V/V、冬季最低,為(2.4±0.6)×10-9V/V,不同的是,春季的NH3濃度遠(yuǎn)高于秋季,分別為(14.7±2.4)×10-9V/V 和(7.5±2.4)×10-9V/V.城市和本底地區(qū)夏季濃度最高,冬季最低.在夏季,高溫不僅有利于農(nóng)業(yè)氮源的揮發(fā),而且有利于其他來(lái)源的NH3揮發(fā),如植被、污水和城市垃圾.此外,高溫改變了 NH4NO3/NH3的氣粒分配熱力學(xué)平衡,從而提高氣態(tài) NH3水平[42].從表中還可看出,城區(qū)各個(gè)季節(jié)的 NH3濃度均高于本底地區(qū),其中,春、夏季城區(qū)的NH3濃度是SDZ的近2倍,秋、冬季相差則更大,城區(qū)的NH3濃度為本底站的4～5倍.

表2 城區(qū)和本底地區(qū)各季節(jié)NH3濃度(10-9V/V)Table 2 The concentrations of NH3 in urban and background areas in each season (10-9V/V)

2.2 氣象要素對(duì)NH3濃度的影響

為了更好的對(duì)比研究城區(qū)與本底地區(qū) NH3的日變化特征以及其來(lái)源區(qū)域,以下研究均選取 CMA和SDZ同時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)(2017.9.1～2018.8.31)進(jìn)行對(duì)比分析.由于大氣 NH3濃度不僅受到排放的影響,還受到T、RH、WD、WS和大氣邊界層(PBL)高度等氣象因素的影響,因此在分析 NH3濃度的日變化特征的同時(shí)將綜合考慮上述因素的影響.對(duì)比圖 3(a)和圖4(a)可以看出,春季CMA的NH3濃度日變化與T變化相似,隨著T升高,NH3濃度從早晨06:00開(kāi)始穩(wěn)步升高,受中午前后 T進(jìn)一步升高及偏南風(fēng)輸送的影響,NH3濃度在13:00～15:00達(dá)到最大值,隨后逐漸下降.已有研究表明,綠地土壤中 NH3的排放是城市環(huán)境大氣中 NH3的重要來(lái)源[33,43],空氣/土壤間的NH3交換主要受土壤NH3排放潛勢(shì)和環(huán)境T控制,T升高有利于土壤中的 NH3向空氣中釋放[43-44].對(duì)于SDZ,春季,SDZ在東北風(fēng)的作用下,NH3濃度值從00:00～08:00處于下降趨勢(shì).受山谷風(fēng)環(huán)流影響,當(dāng)盛行風(fēng)轉(zhuǎn)為西南WD(09:00后),SDZ的NH3濃度升高,到20:00前后達(dá)到峰值.SDZ的NH3日變化受T影響不明顯(圖3(a)和圖4(c)),受WD的影響較為顯著.這一特征表明,SDZ的NH3濃度受輸送作用的影響可能大于本地排放.

夏季CMA的NH3濃度值從20:00開(kāi)始穩(wěn)步上升,到早晨07:00達(dá)到峰值(圖3(b)).夜間和清晨NH3濃度較高可能是因?yàn)橐归gPBL較低,且大氣層結(jié)穩(wěn)定造成的[45],同時(shí)可能受到市區(qū)北部的農(nóng)業(yè)源排放影響.07:00過(guò)后,隨著T的升高(圖4(a)),大氣垂直混合作用增強(qiáng),PBL升高,有利于污染物的稀釋,NH3濃度急劇下降.與CMA不同的是,SDZ的NH3濃度日變化呈現(xiàn)雙峰特征.第一個(gè)峰值出現(xiàn)在早晨09:00前后.由于 SDZ距離城區(qū)較遠(yuǎn),且在清晨06:00～07:00之間 WD 為偏北風(fēng),因此,受到城區(qū)早高峰或工業(yè)源影響的可能性較小.Wentworth等[46]在對(duì)美國(guó)落基山國(guó)家公園的NH3研究時(shí)發(fā)現(xiàn),夏季早晨NH3濃度上升時(shí)間與露水蒸發(fā)時(shí)間是一致的,隨著露水的蒸發(fā),NH3濃度上升,露水完全蒸發(fā)后,NH3濃度也會(huì)隨之趨于平穩(wěn)或降低.He等[24]與Kuang等[6]通過(guò)利用香河與固城站的NH3與RH的觀測(cè)結(jié)果也表明,華北平原郊區(qū)站點(diǎn)的NH3早晨峰值與露水蒸發(fā)有關(guān).從圖 3(b)中可以看出,夏季早晨 SDZ的NH3濃度增加了約2×10-9V/V,與Wentworth[46]研究的測(cè)量值接近.此外,從圖3(b)SDZ夏季NH3的平均日變化與圖 4(d)SDZ夏季 RH的日變化可以看出,NH3濃度的早晨峰值出現(xiàn)時(shí)間晚于 RH峰值出現(xiàn)時(shí)間,因此,SDZ早晨NH3濃度明顯升高可能是由于露水蒸發(fā)以及植物和土壤呼吸造成的[47].由于本次研究并未涉及針對(duì)露水收集的觀測(cè)實(shí)驗(yàn),因此本底地區(qū)的露水對(duì) NH3濃度的影響還需要進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.除此之外,先前的研究表明,大氣殘留層的向下混合也會(huì)導(dǎo)致清晨NH3濃度增加,因?yàn)闅埩魧又锌赡芎写罅康腘H3[48].SDZ另一個(gè)峰值出現(xiàn)在22:00前后,這主要與WD轉(zhuǎn)為西南風(fēng)后 的區(qū)域輸送作用有關(guān).

圖3 CMA和SDZ四季NH3濃度和WD日變化Fig.3 Diurnal variations of NH3 and WD at CMA and SDZ in four seasons

圖4 CMA和SDZ四季T和RH日變化Fig.4 Diurnal variations of T and RH at CMA and SDZ in four seasons

秋季CMA和SDZ的NH3日變化趨勢(shì)較為相似(圖3(c)).總體而言,由于夜間PBL降低,NH3濃度整體較高,隨著PBL的不斷抬升,NH3濃度在14:00前后達(dá)到最低值.不同的是,夜間CMA的NH3濃度沒(méi)有因?yàn)闁|北風(fēng)的影響而快速降低,而是在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)一直保持著較高水平(約 29.5×10-9v/v)不變.這一特征表明,在CMA的北部可能存在NH3污染源,在夜間受傳輸作用影響城區(qū).午后,在西南風(fēng)的促使下,CMA和SDZ的 NH3濃度水平均逐漸升高,而當(dāng) WD轉(zhuǎn)為北風(fēng)時(shí)(22:00左右),NH3濃度再次呈現(xiàn)下降趨勢(shì).冬季CMA的北風(fēng)較為頻繁,全天的小時(shí)平均WD主要為偏北風(fēng)(圖 3(d)).從 00:00開(kāi)始,NH3濃度穩(wěn)步降低,CMA 和SDZ分別在15:00和08:00前后達(dá)到最低值.冬季農(nóng)業(yè)活動(dòng)減少,農(nóng)業(yè)源排放的 NH3也隨之減少,因此CMA和SDZ受本地源排放影響較大.

值得注意的是,春季和夏季,當(dāng) WD 是南風(fēng)時(shí),CMA的NH3濃度下降,而SDZ的NH3濃度上升.這有可能是在南風(fēng)的影響下,城區(qū)排放的 NH3向下風(fēng)向輸送,使得CMA的NH3濃度降低,而SDZ的NH3濃度增加.

基于上述的分析結(jié)果可以看出,CMA和SDZ的NH3濃度水平受本地排放和輸送的共同影響.為了確定影響北京地區(qū) NH3濃度的主要排放源(局地源或者北京周邊源),研究分析了 NH3濃度與 WD 和WS之間的關(guān)系.結(jié)果發(fā)現(xiàn),春季W(wǎng)S小于2m/s時(shí),城區(qū)站周邊NH3濃度較高;WS小于5m/s時(shí),城區(qū)西南部 NH3濃度較高(圖 5(a)).由于春季農(nóng)業(yè)活動(dòng)廣泛,考慮到中國(guó)的NH3排放強(qiáng)度分布[49]以及WD和WS,影響CMA的西南向輸送源可能來(lái)自華北平原南部的農(nóng)業(yè)活動(dòng)排放.夏季,CMA的NH3濃度高值區(qū)主要分布在其附近及其東南部地區(qū),對(duì)應(yīng)的 WS小于2m/s(圖5(c)).這表明在夏季,NH3的濃度水平受本地源排放影響較大.秋季和冬季的結(jié)果顯示(圖 5(e,g)),CMA的NH3濃度高值區(qū)大多分布在WS 2m/s以內(nèi)的范圍,冬季,部分濃度高值區(qū)分布在采樣點(diǎn)東南部WS范圍2～3m/s內(nèi),表明CMA秋季和冬季本地排放占主導(dǎo)作用,同時(shí)會(huì)受到東南近周邊地區(qū)的輸送影響.

圖5 不同季節(jié)CMA和SDZ NH3濃度與WD和WS的關(guān)系Fig.5 Relationship between NH3 concentration and WD and WS at CMA and SDZ in different seasons

SDZ各季節(jié)NH3濃度隨WD和WS的變化的特征較為相似.NH3濃度的高值區(qū)均主要集中在SDZ西南方向.春、夏兩季的高值主要出現(xiàn)在 WS大于6m/s的范圍(圖5(b, d));秋季和冬季高值出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的WS范圍較大,即WS范圍在0～7m/s之間(圖 5(f,h)).這樣的變化特征說(shuō)明,春季和夏季 SDZ的 NH3濃度變化主要受來(lái)自其西南向的污染物區(qū)域輸送影響;秋季和冬季受本地和外來(lái)輸送的共同影響.

2.3 潛在源區(qū)分析

由上述結(jié)果可以看出,CMA和SDZ的NH3濃度受到本地源排放和區(qū)域輸送的共同影響.濃度權(quán)重軌跡結(jié)果顯示,CMA的NH3濃度權(quán)重軌跡高值區(qū)主要集中在北京、天津、河北南部、山東西部和河南北部地區(qū)(圖 6(A)),分布區(qū)域較為廣泛,上述地區(qū)對(duì)北京城區(qū) NH3的濃度貢獻(xiàn)值在 15×10-9V/V以上.SDZ的NH3濃度權(quán)重軌跡高值區(qū)與城區(qū)的分布范圍相似(圖6(B)),主要分布在天津、河北東部、山東以及河南北部,對(duì) SDZ的 NH3濃度貢獻(xiàn)值在8×10-9V/V以上.已有研究表明,華北平原地區(qū)NH3的排放速率很高,尤其是在河北和河南部分地區(qū),NH3排放速率超過(guò)了80kg/(hm2·a)[50].

CMA和SDZ的NH3濃度權(quán)重軌跡分布較為相似.不同的是,CMA的NH3濃度貢獻(xiàn)高值區(qū)分布范圍更大,且濃度貢獻(xiàn)值普遍高于 SDZ.春季 CMA 和SDZ的NH3濃度權(quán)重軌跡主要分布在北京、天津、河北南部以及河南北部,從圖6(a)和圖6(b)中可以看出,河南北部地區(qū)的濃度貢獻(xiàn)值最高,分別達(dá)到了20×10-9V/V和 12×10-9V/V以上,說(shuō)明春季河南北部是CMA和SDZ的NH3貢獻(xiàn)的主要源區(qū).

夏季CMA主要受其東部和東南區(qū)域NH3貢獻(xiàn)影響,如圖 6(c)所示,貢獻(xiàn)值 20×10-9V/V以上的高值區(qū)主要集中在北京、天津、河北東部和山東西部.SDZ的濃度權(quán)重軌跡較高值分布區(qū)域則相對(duì)集中(圖6(d)),貢獻(xiàn)值14×10-9V/V以上的區(qū)域主要在北京東部、河北東北部和天津.

圖6 不同季節(jié)CMA和SDZ NH3濃度權(quán)重軌跡分析Fig.6 CWT potential analysis of NH3concentration at CMA and SDZ in different seasons

CMA秋季NH3濃度權(quán)重軌跡貢獻(xiàn)值15× 10-9V/V以上的區(qū)域分布在北京、天津、河北南部和河南北部,貢獻(xiàn)值 20×10-9V/V以上的高值區(qū)主要集中在河北中部(圖6(e)).秋季SDZ貢獻(xiàn)值在5×10-9V/V以上的區(qū)域主要在北京、天津、河北東北部和南部地區(qū)(圖6(f)).

冬季CMA和SDZ的高值區(qū)分布較為集中,從圖6g和圖6h中可以看出,CMA和SDZ的NH3主要受本地及近周邊地區(qū)影響,濃度貢獻(xiàn)值低于其他季節(jié).這與 2.2節(jié)的結(jié)果較為一致.CMA的高值區(qū)貢獻(xiàn)值在6×10-9V/V以上,SDZ的高值區(qū)貢獻(xiàn)值在2×10-9V/V以上.

3 結(jié)論

3.1 北京城區(qū)和本底地區(qū) NH3年均濃度分別為(32.5±20.8)×10-9V/V 和(11.6±10.3)×10-9V/V,高于國(guó)內(nèi)外主要城市和地區(qū)的NH3濃度水平.

3.2 北京城區(qū)和本底地區(qū)NH3的月均濃度在6、7月達(dá)到一年中較高水平,1、2月份達(dá)到一年中較低水平.城區(qū)的 NH3濃度主要受本地和區(qū)域輸送的共同影響,且大部分時(shí)間受偏南風(fēng)影響較大;本底地區(qū)各季節(jié)的 NH3濃度受區(qū)域輸送作用顯著,且均主要來(lái)自其西南方向,春季和夏季 NH3濃度隨著西南風(fēng)WS的增大而顯著升高,說(shuō)明存在NH3從城市向本底地區(qū)傳輸?shù)那闆r.

3.3 濃度權(quán)重軌跡結(jié)果發(fā)現(xiàn),城區(qū)的NH3濃度貢獻(xiàn)值較高的區(qū)域主要集中在北京本地、天津、河北南部和河南北部地區(qū);本底地區(qū)的 NH3濃度貢獻(xiàn)高值區(qū)域主要為北京、天津、河北東部及河南北部.不同季節(jié),NH3濃度權(quán)重軌跡分布不同.春季和夏季,城區(qū)NH3濃度受本地、西南向(春季)和東南向(夏季)區(qū)域的影響較大;秋季則主要來(lái)自本地和近偏南區(qū)域;冬季主要來(lái)源于其近東南區(qū)域.本底地區(qū)受區(qū)域輸送作用影響較大,春季河南北部的 NH3濃度權(quán)重軌跡貢獻(xiàn)值在 12×10-9V/V以上,說(shuō)明春季河南北部是本底地區(qū) NH3的主要貢獻(xiàn)源區(qū).夏季、秋季和冬季主要來(lái)自其近周邊的區(qū)域.