青藏高原大气气溶胶的理化组成及其来源解析

发布时间：2017-08-09 09:17

  本文关键词：青藏高原大气气溶胶的理化组成及其来源解析

  更多相关文章： 青藏高原 气溶胶污染 来源解析

【摘要】：青藏高原地区是气候变化的敏感区和脆弱区,近几十年来,青藏高原气溶胶污染物不断增加,严重影响到区域气候及生态环境。本研究通过在青藏高原东南缘(鲁郎)、东北缘(青海湖)开展为期一年的大气颗粒物监测,获取鲁郎和青海湖不同季节大气颗粒物质量浓度、碳气溶胶、离子和元素的浓度水平,了解青藏高原不同区域大气颗粒物季节变化特征及其影响因素;探讨青藏高原背景点不同类型污染事件的成因、来源及其对青藏高原的影响;最后利用源解析方法判断不同因子及潜在源区对采样点的贡献率。青海湖PM2.5质量浓度范围为5.7到149.7μg m-3,年均浓度为38.9±25.8μg m-3,且其最主要的组成成分是矿物粉尘。采样期间八种水溶性离子之和的浓度变化范围为1.0-41.5μg m-3,占PM2.5的30%,其中含量最高的组分为SO42-,其次为NO3-,第三是Ca2+。青海湖的有机碳(浓度范围1.0-8.2μg m-3)和元素碳(浓度范围0.2-2.3μg m-3)在PM2.5中占的比例较低,大约占PM2.5的10%和2%。OC/EC的比值四季变化并不显著,表明碳气溶胶有着较稳定和简单的源。WSOC(浓度范围0.5-4.3μg m-3)大约占OC的47.8%,OC和WSOC同时和K+具有较好的相关性,表明其可能受到了生物质燃烧排放的影响。WSOC和EC的相关性在冬春两季要好于夏秋两季,这可能是由于在寒冷季节生物质燃烧排放增加的结果。将大气样品和牛羊粪燃烧的源样品的源谱进行对比,结果显示两者的源谱有很大的差异性,说明大气样品受到牛羊粪燃烧排放源的影响不大。另外大气样品的SO42-/OC要远远高于源样品,这表明大气样品很可能是受到了化石燃料燃烧的影响。尽管不同季节青海湖的主导季风不同,但在剔除了沙尘事件数据下(正常天气下),不同季节的OM、EC、K+、NH4+、NO3-和矿物粉尘在相对含量上反而差异不大,这说明在没有特殊事件的影响下,青海湖四季污染源相对稳定,不会有突发的增加或改变,且相对人为污染源而言,自然源对青海湖的影响相对更大(矿物粉尘约占PM2.5的~40%)。最后使用PSCF对影响青海湖PM2.5质量浓度污染的潜在源区进行分析,得出造成青海湖高PM2.5质量浓度的潜在源区分布于新疆南部的塔里木盆地(塔克拉玛干沙漠)、新疆东部的吐鲁番盆地及青海、新疆、甘肃交界的沙漠地区、青海湖西边的柴达木盆地地区、甘肃河西走廊部分地区、青海湖东部城市地区。青海湖的四次沙尘事件及三次冬季烧草事件对青海湖大气颗粒物浓度和组成成分产生了重要影响。四次沙尘暴事件质量浓度的平均值达到99.73μg m-3,四次沙尘事件具有不同的特点,结合源区数据的对比以及后向轨迹分析,我们推测第四次沙尘事件时类似于“气团置换”的过程,为一次较为“原始”的沙尘事件。这说明在下游地区监测到的沙尘事件所携带的SO42-、NO3-并不全是由于和沙尘颗粒和污染物的反应产生,可能是直接来自源区,且这种贡献是不可忽视的。冬季烧草事件下,青海湖的PM2.5的平均浓度达到75.33μg m-3,从相对浓度上看,增高最大的组分是SNA(SO42-/NO3-/NH4+),占质量浓度的44%,是所有组分中所占比例最高的,而K+和EC则相对浓度变化不大,说明在青海湖地区,开放生物质燃烧产生的二次污染物,其产生的影响要远比一次排放污染物高的多。藏东南鲁朗站点TSP、OC、EC、K+、NO3-和SO42-在季风前期浓度达到最高,除OC外,TSP及相关组分的最低浓度出现在季风期,而OC的最低值出现在冬季,这种化学组分清晰的季节变化可用不同季节下大气环流差异解释。通过深入分析高质量浓度载荷(35μg m-3),并通过后向轨迹将其分为两种类型,一种富含沙尘指示物(Fe和Ca2+),另一种则富含OC、EC、SO42-、NO3-和Fe,和正常天气相比,大气颗粒物的载荷往往会升高3~6倍,且主要化学组分在这两类事件下往往会升高数倍。通过MODIS AOD和NCEP/NCAR的再分析资料,得出第一种事件下的气团运动轨迹主要来源于中国的西北部区域,人烟稀少,从而导致此类事件的地壳相关元素很高,人为污染源则相对较低,而第二种事件时气团运动轨迹主要来自来自西南方向,传输路径上经过了高人口密度的印度-恒河平原,因此人为污染源在此类污染事件中大幅度升高。藏东南PMF解析结果显示,藏东南TSP主要有以下四种源贡献:(1)混合污染物(沙尘与燃烧)贡献率达33.8%;(2)矿物粉尘源,达28%;(3)二次有机碳及海盐,22%;(4)二次污染物16.5%。那些对源具有高贡献率的样品和污染事件具有很好的一致性,且PMF的解析结果又能够被气团的运动轨迹同时结合MODIS AOD所印证。本研究提供了复杂的化学证据证明周围区域的自然和人为气溶胶会干扰青藏高原地区大气。
【关键词】：青藏高原 气溶胶污染 来源解析
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(地球环境研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X513
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-9
• Abstract9-15
• 第一章 引言15-31
• 1.1 大气气溶胶概述15-16
• 1.2 研究意义16-19
• 1.3 青藏高原气溶胶研究的意义19-24
• 1.3.1 青藏高原在区域和全球气候和环境变化中的地位19-21
• 1.3.2 大气颗粒物对青藏高原的影响及其可能导致的气候和环境问题21-24
• 1.4 青藏高原气溶胶研究的进展24-27
• 1.5 选题目的和意义27-29
• 1.6 论文工作量29-31
• 第二章 样品采集与分析方法31-42
• 2.1 采样点概况31-34
• 2.1.1 采样点地理环境及气候概况31-33
• 2.1.2 观测站点环境概况33-34
• 2.2 样品的采集与分析34-39
• 2.2.1 观测时间34-35
• 2.2.2 大气颗粒物样品采集35
• 2.2.3 样品测试与分析35-39
• 2.3 质量保证与质量控制39-42
• 2.3.1 采样的质量保证与质量控制39
• 2.3.2 样品称量的质量保证与质量控制39-40
• 2.3.3 分析仪器的质量保证与质量控制40-42
• 第三章 青海湖大气颗粒物的特征与来源42-72
• 3.1 PM2.5及其化学组成年均浓度水平及特征42-58
• 3.1.1 质量浓度水平及季节变化特征42-46
• 3.1.2 化学组分浓度水平及季节变化46-58
• 3.2 和不同地区站点的对比58-62
• 3.3 牛羊粪便燃烧样品VS大气样品62-65
• 3.4 不同季节物质平衡特征65-67
• 3.6 来源解析67-69
• 3.7 本章小结69-72
• 第四章 特殊事件对青海湖的影响72-81
• 4.1 特殊事件的识别72-73
• 4.1.1 沙尘/浮尘（Dust）的识别72-73
• 4.1.2 冬季烧草（Open burning）活动73
• 4.2 沙尘/浮尘事件对青海湖的影响73-78
• 4.2.1 青海湖沙尘气溶胶的特点73-74
• 4.2.2 和源区沙尘的对比74-76
• 4.2.3 四次沙尘的后向轨迹分析76-77
• 4.2.4 意义77-78
• 4.3 冬季烧草事件对青海湖的影响78-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 藏东南背景大气颗粒物的特征与来源81-97
• 5.1 藏东南的气候特征81-82
• 5.2 藏东南TSP变化特征及污染事件的划分82-84
• 5.2.1 质量浓度变化82-83
• 5.2.2 不同类型特殊事件的划分83-84
• 5.3 不同化学组分变化特征84-92
• 5.3.1 碳组分84-86
• 5.3.2 离子组分86-89
• 5.3.4 不同类型特殊事件的化学组分特征89-92
• 5.4 大气颗粒物远距离传输的进一步证据92-93
• 5.5 来源解析93-96
• 5.6 本章小结96-97
• 第六章 结论与展望97-100
• 6.1 结论97-99
• 6.2 展望99-100
• 参考文献100-117
• 作者简介117-118
• 发表文章及参加学术活动118-120

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 ;Composition, source, mass closure of PM_(2.5) aerosols for four forests in eastern China[J];Journal of Environmental Sciences;2010年03期

2 Paolo Bonasoni;;Carbonaceous particles in the atmosphere and precipitation of the Nam Co region, central Tibet[J];Journal of Environmental Sciences;2010年11期

3 许士玉,胡敏;气溶胶中的水溶性有机物研究进展[J];环境科学研究;2000年01期

4 李红,曾凡刚,邵龙义,时宗波;可吸入颗粒物对人体健康危害的研究进展[J];环境与健康杂志;2002年01期

5 温玉璞,徐晓斌,汤洁,张晓春,赵玉成;青海瓦里关大气气溶胶元素富集特征及其来源[J];应用气象学报;2001年04期

6 汤洁,温玉璞,周凌f^,祁栋林,郑明;中国西部大气清洁地区黑碳气溶胶的观测研究[J];应用气象学报;1999年02期

7 金赛花;樊曙先;王自发;乜虹;杨关盈;;青海瓦里关地面臭氧浓度的变化特征[J];中国环境科学;2008年03期

，

本文编号：644529