趙奎鋒,彭 艷

(1.陜西省氣象臺(tái)，陜西 西安 710014；2.陜西省氣象科學(xué)研究所，陜西 西安 710016；3.秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710014)

引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市化快速發(fā)展，大氣污染已經(jīng)成為我國(guó)主要城市所面臨的重要大氣環(huán)境問(wèn)題[1-4]。近十幾年，大氣污染開(kāi)始逐步由局地污染向區(qū)域污染轉(zhuǎn)化，形成局地污染、區(qū)域污染和大氣污染長(zhǎng)距離傳輸相疊加的形勢(shì)[5]。這種大范圍大氣污染是由一次無(wú)機(jī)污染物、二次無(wú)機(jī)污染物、二次有機(jī)污染物、生物質(zhì)燃燒污染物等協(xié)同作用產(chǎn)生，其中，二次氣溶膠被認(rèn)為是大氣顆粒物的重要來(lái)源。二次氣溶膠的來(lái)源主要與大氣成核有關(guān)即氣態(tài)污染物核化形成顆粒物，繼而經(jīng)歷從約1 nm到較大粒徑的增長(zhǎng)過(guò)程，這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為新顆粒物生成(new particle formation, NPF)事件[6]。近幾十年的外場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬均指出NPF事件發(fā)生時(shí)，顆粒物數(shù)濃度可升高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，這些超細(xì)顆粒物進(jìn)入人體后比粗顆粒物更容易沉積在肺部，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生影響[7]。

NPF事件多發(fā)生在大氣氣溶膠含量相對(duì)較高的區(qū)域[8-11]。NPF事件對(duì)大氣顆粒物數(shù)濃度增加有重要貢獻(xiàn)，而大氣顆粒物數(shù)濃度增加與大氣污染的發(fā)生有著重要聯(lián)系。大氣污染出現(xiàn)后會(huì)抑制NPF事件的發(fā)生，目前高濃度大氣污染對(duì)NPF事件的影響仍不明確[9,12-13]。NPF事件是否會(huì)誘發(fā)大氣污染，也有待于科學(xué)研究進(jìn)一步證明。NPF事件所產(chǎn)生的大量凝結(jié)核模態(tài)顆粒物在高濃度可冷凝蒸汽條件下會(huì)快速增長(zhǎng)，凝結(jié)核模態(tài)顆粒物的增長(zhǎng)可以改變大氣顆粒物粒徑分布，使得大氣顆粒物體積和質(zhì)量濃度快速增大。小于20 nm的顆粒物在對(duì)流層大氣中的停留時(shí)間只有約2 h，但隨著粒徑增大，顆粒物在大氣中的停留時(shí)間可大幅延長(zhǎng)[14]。當(dāng)這些新生成的顆粒物增長(zhǎng)到一定粒徑時(shí)，會(huì)直接影響空氣質(zhì)量、能見(jiàn)度和氣候[9]。GUO等[15]指出NPF事件與北京地區(qū)大氣污染的形成有一定關(guān)系。CHU等[16]研究表明，NPF事件發(fā)生后顆粒物粒徑增長(zhǎng)到一定程度時(shí)，NPF事件會(huì)對(duì)凝結(jié)匯、PM2.5質(zhì)量濃度以及大氣污染的發(fā)生產(chǎn)生貢獻(xiàn)。

關(guān)中城市群是汾渭平原大氣污染控制的重點(diǎn)區(qū)域，近年來(lái)由于污染物排放和不利地理?xiàng)l件共同影響，大氣污染天氣頻發(fā)[17-18]，目前有關(guān)研究對(duì)關(guān)中地區(qū)污染天氣大氣顆粒物基本特征進(jìn)行了分析[19-21]，但是對(duì)西安NPF事件與PM2.5污染形成的關(guān)系研究較少涉及。本研究利用中國(guó)氣象局秦嶺氣溶膠與云微物理野外科學(xué)試驗(yàn)基地顆粒物粒徑譜觀測(cè)數(shù)據(jù)，在給出西安2017年11月NPF事件統(tǒng)計(jì)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合陜西省生態(tài)環(huán)境廳PM2.5觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)遴選NPF事件發(fā)生后存在顆粒物粒徑持續(xù)增長(zhǎng)的過(guò)程，討論NPF事件到PM2.5污染出現(xiàn)的過(guò)程中不同模態(tài)大氣顆粒物數(shù)濃度、顆粒物粒徑和PM2.5質(zhì)量濃度的變化，給出顆粒物峰值粒徑、不同模態(tài)顆粒物數(shù)濃度、凝結(jié)匯分別與PM2.5質(zhì)量濃度之間的可能關(guān)系，以期更深一步了解NPF事件對(duì)西安PM2.5污染形成的影響。

1 觀測(cè)儀器和數(shù)據(jù)

氣溶膠粒子譜觀測(cè)資料來(lái)自于中國(guó)氣象局秦嶺氣溶膠與云微物理野外科學(xué)試驗(yàn)基地(34°09′N(xiāo)、108°55′E， 海拔433 m)的掃描電遷移率粒徑譜儀(SMPS, scanning mobility particle sizer, Model 3034)，SMPS安裝在集裝箱式觀測(cè)倉(cāng)房?jī)?nèi)，環(huán)境采樣系統(tǒng)安裝在集裝箱頂上，采樣頭距離地面約4 m。SMPS由美國(guó)TSI公司生產(chǎn)，每10 min采樣1次，分54個(gè)粒徑段，可以測(cè)量10～487 nm的顆粒物粒徑譜；SMPS氣體試樣經(jīng)過(guò)環(huán)境采樣系統(tǒng)(Model 30312000)自帶干燥管干燥。觀測(cè)數(shù)據(jù)使用時(shí)通過(guò)采樣狀態(tài)和氣體流量等參數(shù)檢查(數(shù)據(jù)記錄中采樣狀態(tài)、氣體流量參數(shù)顯示錯(cuò)誤或非正常時(shí)，則該數(shù)據(jù)剔除不用)；通過(guò)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化對(duì)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，剔除野值，以及對(duì)存疑數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。將觀測(cè)到的顆粒物分為凝結(jié)核模態(tài)(10～30 nm)、愛(ài)根核模態(tài)(30～100 nm)和積聚模態(tài)(100～500 nm)，通常大氣中積聚模態(tài)顆粒物的粒徑范圍是100～1000 nm，由于本研究?jī)x器探測(cè)范圍所限，積聚模態(tài)僅包含100～500 nm顆粒物。PM2.5數(shù)據(jù)來(lái)自于陜西省生態(tài)環(huán)境廳網(wǎng)站發(fā)布的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)使用的時(shí)間段與SMPS數(shù)據(jù)時(shí)間段相同。需要說(shuō)明的是文中涉及PM2.5質(zhì)量濃度的圖形均為小時(shí)數(shù)據(jù)，其余圖形均為10 min數(shù)據(jù)。

顆粒物粒徑范圍為0.01～0.487 μm，PM2.5質(zhì)量濃度對(duì)應(yīng)的顆粒物粒徑小于等于2.5 μm，因此本研究中顆粒物粒徑范圍約占PM2.5粒徑范圍的20%。

2 結(jié)果分析

2.1 NPF事件統(tǒng)計(jì)特征

NPF事件包括氣態(tài)污染物的成核過(guò)程和之后的顆粒物粒徑增長(zhǎng)過(guò)程，新生成的顆粒物粒徑較小，一般在1～3 nm。由于儀器測(cè)量范圍的限制無(wú)法測(cè)量小于10 nm的顆粒物，所以本研究中的NPF事件是粒徑大于10 nm顆粒物的增長(zhǎng)過(guò)程。依據(jù)NPF事件的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)[22-23]并結(jié)合西安2017年11月1—30日顆粒物粒徑譜dN/dlgDp分布(圖1)，2017年11月西安累計(jì)觀測(cè)到9次NPF事件，分別出現(xiàn)在11月2、3、7、9、21、22、23、25、28日。表1列出9次NPF事件起止時(shí)間、凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的最大凈增長(zhǎng)量[24](the net maximum increase in the nucleation mode particle number concentration, NMINP)、顆粒物峰值粒徑(顆粒物數(shù)濃度最大時(shí)對(duì)應(yīng)顆粒物粒徑)及其增長(zhǎng)速率的統(tǒng)計(jì)特征。可以看出，NPF事件顆粒物峰值粒徑平均增長(zhǎng)速率為5.1±1.8 nm·h-1，與西安之前觀測(cè)結(jié)果[25]和我國(guó)其他中緯度地區(qū)觀測(cè)結(jié)果[26-29〗接近。NMINP均值為0.63×104cm-3，與北京地區(qū)冬季觀測(cè)結(jié)果[29]接近。西安11月觀測(cè)到的NPF事件一般出現(xiàn)在中午到下午，最早發(fā)生在11：50前后，最晚發(fā)生在17：50前后，與之前觀測(cè)到的西安秋季NPF事件開(kāi)始時(shí)間[25]基本一致，晚于西安其他季節(jié)NPF事件出現(xiàn)的時(shí)間。其可能原因?yàn)槲靼?1月日出時(shí)間相對(duì)較晚，日出后光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度較春季和夏季弱，生成的硫酸鹽和低揮發(fā)性有機(jī)物并沒(méi)有達(dá)到觸發(fā)NPF事件所需要的臨界值[30-31]； NPF事件的初始成核過(guò)程可能發(fā)生在其他地方，如對(duì)流層上部、殘留層或自由對(duì)流層底部1～3 km，新形成的顆粒物經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能傳輸?shù)交旌蠈拥撞坑^測(cè)點(diǎn)位置[32-34]。第二種可能原因也可以很好地解釋觀測(cè)到的大多數(shù)NPF事件初始粒徑大于10 nm的現(xiàn)象，但是開(kāi)始時(shí)間在下午的NPF事件，可能與NPF事件發(fā)生時(shí)存在較大的空間不均勻性有關(guān)[29]，需要后期利用垂直觀測(cè)資料進(jìn)一步證明。

圖1 西安2017年11月1—30日顆粒物粒徑譜dN/dlgDp分布(單位：cm-3)

表1 西安2017年11月9次NPF事件起止時(shí)間、NMINP、峰值粒徑及其增長(zhǎng)速率的統(tǒng)計(jì)特征

圖2為西安2017年11月顆粒物峰值粒徑變化?？梢钥闯?，顆粒物峰值粒徑的變化分為2種類(lèi)型： 一種為NPF事件發(fā)生后，顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)至40 nm附近后再無(wú)明顯增長(zhǎng)，此類(lèi)型占33%；另一種為NPF事件發(fā)生后，顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)至40 nm以后，仍存在持續(xù)增長(zhǎng)，并在接下來(lái)的8～69 h內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)到100 nm以上，此類(lèi)型占67%，其中3日、7日和9日這3次NPF事件發(fā)生之后峰值粒徑持續(xù)波動(dòng)增長(zhǎng)最為顯著，峰值粒徑最大值增大至175 nm附近。小于20 nm顆粒物在對(duì)流層大氣中的停留時(shí)間大約2 h[14]，隨著粒徑的增大，顆粒物在大氣中停留的時(shí)間可大幅延長(zhǎng)，當(dāng)新生成的顆粒物粒徑增大到50 nm以上時(shí)，對(duì)環(huán)境和氣候都會(huì)產(chǎn)生潛在影響[35]。11月，隨著峰值粒徑增大，西安顆粒物數(shù)濃度峰值逐漸向較大粒徑偏移，當(dāng)峰值粒徑大于100 nm時(shí)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度占主導(dǎo)。

圖2 西安2017年11月顆粒物峰值粒徑變化(斜紋表示NPF事件)

2.2 NPF事件與PM2.5污染的可能關(guān)系

結(jié)合西安2017年11月觀測(cè)到的小時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度變化(圖3)可知， 3日、7日和9日NPF事件發(fā)生后，隨著顆粒物峰值粒徑持續(xù)增大，PM2.5質(zhì)量濃度也呈現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì)，并且分別于4—7日、8—9日以及12—17日出現(xiàn)相對(duì)較嚴(yán)重的3次PM2.5污染過(guò)程，PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度最高值分別達(dá)188、152和292 μg·m-3。

圖3 西安2017年11月小時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度變化(豎條紋表示PM2.5質(zhì)量濃度超過(guò)75 μg·m-3)

為進(jìn)一步探究NPF事件與PM2.5污染形成的可能聯(lián)系，將11月3—7日、7—9日以及9—17日作為3次NPF事件到PM2.5污染(依據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5≥75 μg·m-3即為出現(xiàn)PM2.5污染)過(guò)程。圖4為3次過(guò)程中3種模態(tài)顆粒物數(shù)濃度變化?？梢钥闯?， 3日，NPF事件發(fā)生后，凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度迅速增加并達(dá)到峰值，在凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度達(dá)到峰值后10min內(nèi)，愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度達(dá)到第1個(gè)峰值(5009 cm-3)并開(kāi)始波動(dòng)增加，15:30到達(dá)第2個(gè)峰值(7149 cm-3)，在愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度到達(dá)第2個(gè)峰值后，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度也開(kāi)始逐漸增加，其波動(dòng)增加趨勢(shì)與愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度波動(dòng)增加趨勢(shì)較為一致。7日，NPF事件發(fā)生后，凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度在12:00到達(dá)第1個(gè)峰值，之后繼續(xù)增加并在13:10到達(dá)第2個(gè)峰值，在凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度到達(dá)第1個(gè)峰值后30 min，愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度開(kāi)始增加，而積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度在7日NPF事件中無(wú)明顯增加； 9日觀測(cè)到的NPF事件相對(duì)較弱，NPF事件發(fā)生后，愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度與凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度同時(shí)達(dá)到第1個(gè)峰值，之后愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度一直相對(duì)較高且呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度也隨著呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)。

圖4 2017年11月3—7日(a)、7—9日(b)及9—17日(b)3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中3種模態(tài)顆粒物數(shù)濃度變化(斜紋表示NPF事件，豎條紋表示PM2.5污染發(fā)生并持續(xù)時(shí)段)

綜上所述，西安觀測(cè)到的NPF事件，不僅增加了大氣中凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，也增加了大氣中愛(ài)根核模態(tài)和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，該結(jié)果與CHU等[16]在北京冬季觀測(cè)的結(jié)果相似。西安在早晚上下班高峰期間也觀測(cè)到凝結(jié)核模態(tài)和愛(ài)根核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度同時(shí)增加的現(xiàn)象，該現(xiàn)象可能與交通排放有關(guān)。

圖5為3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中顆粒物峰值粒徑、積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和PM2.5質(zhì)量濃度變化?？梢钥闯?，3日13：20開(kāi)始觀測(cè)到有NPF事件，18：00附近顆粒物峰值粒徑持續(xù)增長(zhǎng)至40 nm；7日11：50開(kāi)始觀測(cè)到NPF事件，19:00附近顆粒物峰值粒徑持續(xù)增加至60 nm；9日17：50左右觀測(cè)到NPF事件，22:30附近顆粒物峰值粒徑持續(xù)增長(zhǎng)至40 nm。可見(jiàn)，NPF事件發(fā)生初期PM2.5質(zhì)量濃度較低，均處于45 μg·m-3以下。

3次NPF事件在顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)到40 nm后，仍存在持續(xù)增長(zhǎng)，隨著顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)，愛(ài)根核模態(tài)和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，PM2.5質(zhì)量濃度也存在相應(yīng)增高。3—7日過(guò)程[圖5(a)]，當(dāng)顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)至104 nm(11月4日11：00)時(shí)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度(5794 cm-3)高于愛(ài)根核模態(tài)(3602 cm-3)和凝結(jié)核模態(tài)(338 cm-3)顆粒物數(shù)濃度，PM2.5質(zhì)量濃度由前一時(shí)刻70 μg·m-3增加至79 μg·m-3，超過(guò)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)75 μg·m-3，出現(xiàn)PM2.5污染； 7—9日過(guò)程[圖5(b)]，當(dāng)顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)至119 nm(11月8日11:00)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度(6519 cm-3)高于愛(ài)根核模態(tài)(6509 cm-3)和凝結(jié)核模態(tài)(2149 cm-3)顆粒物數(shù)濃度，此時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度由前一時(shí)刻73 μg·m-3增高至81 μg·m-3； 9—17日過(guò)程[圖5(c)]，顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)至120 nm(11月12日00:00)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度(6830 cm-3)高于愛(ài)根核模態(tài)(5197 cm-3)和凝結(jié)核模態(tài)(607 cm-3)顆粒物數(shù)濃度，此時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度由前一時(shí)刻73 μg·m-3增高至85 μg·m-3。

圖5 2017年11月3—7日(a)、7—9日(b)以及9—17日(b)3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中顆粒物峰值粒徑、積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度(NACC)和PM2.5質(zhì)量濃度小時(shí)變化

PM2.5污染持續(xù)過(guò)程中，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度一直高于愛(ài)根核模態(tài)和凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度。11月5日11:00，顆粒物峰值粒徑持續(xù)增長(zhǎng)至175 nm，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度達(dá)9002 cm-3，PM2.5質(zhì)量濃度增高至170 μg·m-3，之后7 h內(nèi)，顆粒物峰值粒徑變化趨于平穩(wěn)，19：00降至100 nm，而積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和PM2.5質(zhì)量濃度仍呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)，5日20：00積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度達(dá)峰值(11 275 cm-3)，21：00 PM2.5質(zhì)量濃度達(dá)峰值(188 μg·m-3)，之后積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和PM2.5質(zhì)量濃度均開(kāi)始降低，7日01:00，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度降至2747 cm-3，PM2.5質(zhì)量濃度降到67 μg·m-3，此次污染過(guò)程結(jié)束。8—9日以及12—17日的污染過(guò)程也呈現(xiàn)出積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和PM2.5質(zhì)量濃度同時(shí)增高或降低的現(xiàn)象。因此，當(dāng)積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度持續(xù)高于愛(ài)根核模態(tài)和凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度高于75 μg·m-3并持續(xù)；當(dāng)積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度降低并持續(xù)低于另外兩個(gè)模態(tài)顆粒物數(shù)濃度時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度也隨之降低，低于75 μg·m-3。

為進(jìn)一步明確NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度與顆粒物峰值粒徑和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度之間的關(guān)系，圖6繪出3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度分別與峰值粒徑和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的散點(diǎn)。可以看出， PM2.5質(zhì)量濃度隨顆粒物峰值粒徑、積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度增加均呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律增加，相關(guān)系數(shù)分別為0.76和0.71。當(dāng)峰值粒徑為104～120 nm時(shí)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度持續(xù)高于另外兩個(gè)模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，西安PM2.5質(zhì)量濃度超過(guò)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)75 μg·m-3，PM2.5污染出現(xiàn)。

圖6 3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度分別與峰值粒徑(a)和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度(b)的散點(diǎn)圖

顆粒物的凝結(jié)匯(condensation sink, CS)是大氣中實(shí)際有效的顆粒物表面積濃度對(duì)前體氣體的去除能力[6]。在高凝結(jié)匯條件下新形成的分子簇不能夠存活到誘發(fā)NPF事件的發(fā)生，但是會(huì)通過(guò)分子簇的碰并、水蒸汽的凝結(jié)等作用依附于氣溶膠表面，從而對(duì)顆粒物粒徑增長(zhǎng)產(chǎn)生持續(xù)的貢獻(xiàn)[16]。參考KULMALA等[22]、DAL MASO等[36]和FUCHS等[37]給出的方法計(jì)算了3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中的凝結(jié)匯(CS)，在此基礎(chǔ)上，繪制其與PM2.5質(zhì)量濃度的散點(diǎn)圖(圖7)?？梢钥闯?，PM2.5質(zhì)量濃度與CS呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.828，高凝結(jié)匯有利于PM2.5質(zhì)量濃度的升高。

圖7 3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度與CS的散點(diǎn)圖

NPF事件是區(qū)域性的，硫酸鹽、硝酸鹽基礎(chǔ)物質(zhì)以及前體物均與粒子核化過(guò)程有關(guān)[38-43]。NPF事件在產(chǎn)生大量凝結(jié)核模態(tài)顆粒物的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一定量的愛(ài)根核模態(tài)顆粒物和積聚模態(tài)顆粒物，此時(shí)凝結(jié)匯和PM2.5質(zhì)量濃度均較低；PM2.5污染發(fā)生后，無(wú)NPF事件發(fā)生，表明大氣污染發(fā)生時(shí)大氣中存在的大量前體物質(zhì)對(duì)NPF事件有抑制作用，此階段積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度明顯高于愛(ài)根核模態(tài)和凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，凝結(jié)匯和PM2.5質(zhì)量濃度均較高；在污染發(fā)展階段，顆粒物的峰值粒徑存在明顯的增長(zhǎng)，相應(yīng)的積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和PM2.5質(zhì)量濃度也持續(xù)增高，當(dāng)顆粒物峰值粒徑為100～120 nm時(shí)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度持續(xù)高于其他兩個(gè)模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，同時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度高于75 μg·m-3，PM2.5污染出現(xiàn)。NPF事件發(fā)生后顆粒物粒徑的持續(xù)增長(zhǎng)，是西安PM2.5質(zhì)量濃度增高的重要原因之一。

3 結(jié)論和討論

(1)2017年11月西安累計(jì)觀測(cè)到9次NPF事件，一般發(fā)生在中午到下午，NPF事件顆粒物峰值粒徑增長(zhǎng)速率平均值為5.1±1.8 nm·h-1，NMINP平均值為0.63×104cm-3，與北京地區(qū)冬季的觀測(cè)結(jié)果接近。西安2017年11月觀測(cè)到的NPF事件有67%存在峰值粒徑的持續(xù)增長(zhǎng)，最大可增長(zhǎng)至175 nm附近。

(2)西安11月3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程的分析表明，NPF事件不僅增加了大氣中凝結(jié)核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，還增加了愛(ài)根核模態(tài)和積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，NPF事件初期PM2.5質(zhì)量濃度均較低。

(3)污染發(fā)展階段，隨著顆粒物峰值粒徑的持續(xù)增長(zhǎng)，PM2.5質(zhì)量濃度也呈現(xiàn)出同步升高，當(dāng)峰值粒徑增長(zhǎng)到100～120 nm時(shí)，積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度持續(xù)高于其他兩個(gè)模態(tài)顆粒物數(shù)濃度，PM2.5質(zhì)量濃度高于75 μg·m-3，西安出現(xiàn)PM2.5污染。3次NPF事件到PM2.5污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度與顆粒物峰值粒徑、積聚模態(tài)顆粒物數(shù)濃度和凝結(jié)匯呈指數(shù)相關(guān)。

本研究?jī)H針對(duì)西安11月觀測(cè)到的NPF事件和PM2.5污染個(gè)例進(jìn)行了分析，只有存在顆粒物峰值粒徑持續(xù)增長(zhǎng)，并且粒徑持續(xù)增長(zhǎng)到100 nm以上的NPF事件才有可能導(dǎo)致PM2.5污染的出現(xiàn)，對(duì)于其他季節(jié)NPF事件與PM2.5污染是否存在同樣的關(guān)系，仍需大量的觀測(cè)進(jìn)行證明。同時(shí)對(duì)于顆粒物峰值粒徑存在持續(xù)增長(zhǎng)的原因，需要配合相應(yīng)的化學(xué)成分觀測(cè)來(lái)進(jìn)一步明確。