北京气溶胶分布特征

1、小组成员：朱李俚、潘梦婷、孙睿藻、胡梦玲、刘肖林、盛童北京市的集中供暖时间为11月15日至翌年的3月15日,考虑到采暖期要消耗大量的煤等化石燃料,所以将整个采暖期视为冬季,3月16日至5月底视为春季,6月初至8月底视为夏季,9月初至11月14日视为秋季。表1列出了不同季节各种离子的平均浓度。总体上,TSP中总水溶性离子浓度冬季比春季高,秋季其次,夏季最低。由表1可知,冬季总水溶性离子的平均浓度为69.15g/m3,为夏季浓度的1.6倍,反映出北京冬季气溶胶污染比夏季严重。图2是逐次所采气溶胶样品中离子浓度的季节变化图。由于离子组分的来源不同,各离子表现出不同的季节变化特征。由表1可知,K+夏季

2、平均浓度最高;由图2看到,6月份观测的TSP中K+浓度出现极大值(9.62g/m3),是K+年均浓度的4.1倍。由于K+是生物质燃烧的示踪物,6月是北京及周边地区麦收季节,所以存在以秸秆焚烧为主的生物质燃烧现象;另外,采样点附近的垃圾焚烧可能对气溶胶中的钾也有很大贡献。Ca2+和Mg2+的季节变化跟其他组分不同,从表1看到这两种离子的季节平均浓度均是秋季最高,春季其次,这与已有的报道不同。这可能是由于当年北京没有沙尘暴,所以这两种离子的春季平均浓度并不高;夏季湿度大而且降雨量大,冬季大部分土壤被冻结,以上因素导致Ca2+和Mg2+浓度秋季最高。Cl-浓度的季节变化为春夏季比秋冬季低,Na+浓度

3、的变化趋势与其相似。秋冬季NO3-的平均浓度比春夏季高(见表1),从图2看到,秋冬季NO3-浓度均出现较大的数值。而春夏季TSP中NO3-的浓度变化幅度不大,平均浓度为7.57 g/m3 。以前的研究表明,气溶胶中的NO3-很大部分是来自NOx气体转化生成的HNO3气体与大气中的NH3反应而形成NH4NO3,部分以Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等形态存在,而NH4NO3不稳定,在较高的温度下容易分解成硝酸气体和氨气。由于春夏季温度相对高,所以气溶胶中的硝酸铵容易分解而释放到大气中,秋冬季在温度相对较低的气象条件下气溶胶中的硝酸铵不容易分解,可见。从观测结果可知,气溶胶中的NO3-浓度确实冬

4、季明显比夏季高(见表1)。关于NH4+与SO42-的浓度变化情况由图2明显看到,两者的变化趋势非常相似,均在采暖期达到最大。对两者进行线性拟合,相关系数r=0.97。根据观测得到的结果, NH4+ 、 SO42-的年均摩尔浓度比值为1.44,说明NH4+通常以(NH4)2SO4和NH4HSO4等形式存在。其实大气气溶胶中水溶性离子的粒径分布也各不相同,F-、Mg2+和Ca2+呈粗模态分布,NH4+是细模态分布,其余离子呈双模态分布。F-、 NH4+ 、Mg2+和Ca2+4种离子粒径分布的季节变化不明显,冬季NO3-在细颗粒中的比例最大,春季Na+在粗颗粒中的比例最大,采暖期前后SO42-的粒径

5、分布有明显变化。早上早上6 6：008008：0000气溶胶浓度较高（户外活动气溶胶浓度较高（户外活动/ /交通交通/ /可能还有逆温）可能还有逆温）午后午后2 2：004004：0000气溶胶浓度较低（湍流垂直气溶胶浓度较低（湍流垂直输送）输送）日变化日变化整个北京地区的气溶胶浓度分布呈椭圆形，其长轴为西北东南向，即从西北部中关村地区向东南方向伸展直至廊房地区为一条气溶胶高浓度带。在城区， 电厂附近是最严重的污染区，其气溶胶浓度比怀柔要大一个量级，显然电厂是城区最主要的污染区。城郊西北部中关村地区的气溶胶浓度值较高。北部、东北部郊区如怀柔等地的气溶胶浓度较低，比北京城南部郊区的空气洁净的多。

6、水平分布水平分布北北分析发现：气溶胶浓度与人类活动密切相关，分析发现：气溶胶浓度与人类活动密切相关，工业发达、人口密集地区浓度较大；大气中工业发达、人口密集地区浓度较大；大气中气溶胶浓度的水平分布特征气溶胶浓度的水平分布特征, ,受地理、气象和受地理、气象和地域经济结构影响较大。地域经济结构影响较大。水平分布水平分布气溶胶粒子的垂直分布与天气形势密切相关。根据气象和天气条件, 把气溶胶的垂直分布分为三种典型类型, 这三种类型对应不同的天气形势。在类型1中气溶胶垂直分布变化不大，近地面气溶胶数浓度最低，这种类型的天气形势主要为北京地区处于高压控制中。在类型2中近地面气溶胶数浓度中等, 随高度增加气溶胶数浓度逐渐递减，对应天气形势是北京地区处于两高压之间的弱低压中。类型3中气溶胶数浓度几乎完全被压缩在边界层内，边界层顶附近出现迅速递减，对应天气形势是北京地区处于低压控制中，同时出现的锋面逆温在使气溶胶数浓度压缩在边界层内起着重要作用，结果使地面出现高气溶胶浓度。分析三种类型下气溶胶粒子的垂直混合和水平传输，结果显示在类型1中气溶胶的垂直混合和水平传输都很强，结果使气溶胶粒子在水平和垂直方向上迅速地被传输到其他地方，导致北京地区近地面气溶胶数浓度非常低，垂直方向上变化很小。在类型2中垂直并不弱，边界层顶存在弱的阻挡, 水平传输属于中等强度，结果是气溶胶数浓度随着高度逐