兰州地区大气颗粒物的化学特征及沙尘天气对其影响研究

发布时间：2020-07-04 06:40

【摘要】：随着人类活动的不断加剧,城市化进程的加快,经济的快速增长,我国城市大气颗粒物污染成为严重的环境问题之一,其中大部分城市的首要空气污染物在绝大部分天数均为可吸入颗粒物。大气颗粒物不仅是大气环境中危害较大的污染物,而且对气候变化、大气能见度和人体健康等方面都产生重要影响。因此,城市大气颗粒物污染已成为国内外研究的热点。本文着重研究兰州市大气颗粒物污染的化学特征以及沙尘天气对其变化的影响。首先分析了近10年来兰州空气污染的变化特征,探讨了SO2、NO2和PM1o的年、月和季节变化特征及趋势,评价了兰州市空气污染的主要特征。特别是首次长时间连续对颗粒物PM10和PM2.5以及降水进行了综合采集,系统地分析了这些样品的化学组分,研究了它们的变化及其可能的影响因素,弥补了以往此方面研究的不足。并从颗粒物化学组分变化角度探讨了沙尘天气这种流动的颗粒物大污染源对兰州地区大气环境质量的影响。主要研究结果如下： (1)研究结果显示,兰州市是我国污染比较严重的城市之一,总体上属于典型的煤烟型污染,其中西固区局部呈现石油型污染。兰州的首要污染物是PM10, SO2、NO2污染相对较轻。PM10、SO2和NO2的污染浓度的年变化呈现明显的季节性,冬季采暖期污染严重、浓度高,夏季污染较轻。从近10年的统计结果看,PM10全部年份超标严重,SO2部分年份超标,NO2尚未超标。从污染浓度趋势分析结果看,PM10和SO2质量浓度呈显著下降趋势,反映出兰州市大气污染治理成效显著；但是由于城市汽车保有量的迅速增加,导致NO2质量浓度缓慢上升。与此同时,通过兰州市大气环境中污染物浓度与气象观测数据的相关分析,揭示了不同气象因素对环境空气质量的影响程度。 (2)揭示了冬春两季大气颗粒物PM2.5和PM10之间的相互关系,冬季PM2.5/PM10的比值高于春季,春季沙尘对粗颗粒物影响较大。当冬季发生沙尘天气的时候,大气颗粒物同样显示为粗粒子性并跟春天沙尘天气类似。春季沙尘天气可造成颗粒物浓度异常升高,造成大气颗粒物PM10的浓度达到最高值。颗粒物样品化学组分分析表明,大气颗粒物中绝大多数无机离子的平均浓度在冬季大于春季,这是由于冬季污染源源排放量大、而边界层大气扩散能力差的缘故。兰州市冬季PM10中离子物种质量浓度排序为SO42-NO3-NH4+Cl-,春季为SO42-Ca2+NO3-Cl-,这四种离子分别占总离子质量的84.8%和83.5%。而PM2.5中离子物种质量浓度排序在冬季为SO42-NH4+NO3-Cl-,在春季为SO42-NO3-Ca2+NH4+,这四种离子分别占总离子质量的89.3%和83.1%。在所有离子中SO42-是含量最高的离子,这跟兰州燃煤能源结构有关联。随着季节的变化,九种离子占颗粒物质量浓度也在20%～50%之间变化。那些与燃煤有关的离子浓度却呈现出其浓度冬季要比春季高的特征。污染离子的粒径分布随着浓度的增加没有显著变化,但春季沙尘天气期间地壳离子的粒径分布变大。另外,硝酸盐与硫酸盐的比例分析表明,总体上当地固定源排放的贡献大于流动污染源。对颗粒物PM10所做的源解析表明,冬季燃煤是PM10的主要来源。 (3)降水的化学组成特征很大程度反映了当地大气环境质量状况,对采样期内的分析结果表明,兰州降水pH平均值为6.18,呈中性；电导率平均值为72.4μS/cm,表明兰州市大气颗粒物污染严重。在所有样品中,只有一个样品是呈现酸性。在降水中Ca2+和NH4+是主要的阳离子,它们分别占阳离子总质量的68.5%和16.0%；SO42-和NO3-是主要阴离子,二者分别占阴离子总质量的70.0%和23.4%。兰州降水中SO42-和Ca2+的离子浓度值远远高于国内其他城市,显示兰州既是一个受煤烟型污染严重的城市,也是一个受外来沙尘污染严重的城市。由于高浓度的碱性离子(主要是Ca2+和NH4+)对中和雨水中的酸性物质起了重要的作用,因此,兰州降水的酸化现象并不严重,并且降水中主要阳离子组分含量年内变化显示春季远高于夏秋季的特征。兰州降水SO42-/NO3-值为5.4,表明属于燃煤型大气污染。此外,观测结果还表明,兰州降水对大气污染物有清除作用,尤其对颗粒物去除作用明显。 (4)沙尘天气是造成我国北方大多数城市发生重污染事件的主要原因,尤其是在春季。当沙尘天气影响兰州时可在短时间内使得大气颗粒物浓度快速升高。本文通过对沙尘天气发生期间兰州市大气颗粒物化学组分动态变化的分析,发现沙尘天气影响兰州期间,地壳离子(如Ca2+)质量浓度大幅度上升,与此同时,当地排放的污染离子(如NO3-等)浓度却明显降低。此外,使用后向轨迹模式推算沙尘入侵路径,确定了影响兰州地区沙尘天气过程的源地和移动路径。总之,沙尘天气发生期间由沙漠戈壁区传输过来的沙尘明显加重了兰州城市大气颗粒物污染的同时,由于沙尘吸附、沉降的拖曳作用以及风速加大造成的大气扩散能力加强等的综合效应,却使得当地排放的污染物浓度明显降低了。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X513
【图文】：

月份图2一2兰州市 2001~2010年污染物月平均浓度的变化兰州市空气质量具有明显的季节特征如图2一3，从图中可以明显的看出:(1)50:和NO:的季平均浓度值冬季最高，夏季最低，这与前面的污染物的月平均质量浓度年变化分析一致;而50:和NO:的质量浓度值按季节分布由重到轻依次相同，都是为:冬季>秋季>春季>夏季。 (2)PM;。的质量浓度值按季节分布由重到轻依次为:冬季>春季>秋季>夏季，而冬春两季相差不大;春季沙尘天气使得PMI。浓度在春季升高，但是大风对气态污染物502和NO:却起着清除作用，因而春季50:和NOZ的浓度略低于秋季。

本文编号：2740783