大气气溶胶和雾霾组成揭秘

用变动系数CD（coefficient of divergence）研究不同地点气溶胶中各种化学组分之间的相似程度，CD的计算公式为［26］：

式中，x ij表示j采样点i物种的平均浓度，j和k表示2个采样点，p为化学物种数，如果CD接近0，表明两地差异不明显；如果CD接近1，表明两地差异非常显著。本研究中，将非沙尘期间颗粒物及其中离子和元素的平均浓度代入上述公式计算得到CD，结果见图10-2。可见，多伦和其他采样点之间的CD值较高，而北京、青岛、上海之间的CD值较低，表明采样点之间的差异主要受经济水平控制，周边地理环境的影响较小。图10-3显示两采样点之间的CD值与它们之间的距离没有任何相关性，进一步证实在非沙尘期间，采样点主要受当地排放影响，各个采样点受远距离传输的影响很小。

图10-2　非沙尘期间每2个采样点之间的CD值与采样点之间距离的关系（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

图10-3　沙尘与非沙尘期间五地PM 2.5和TSP的化学组成（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

为了更清楚地展现化学组成的空间分布，将化学组分分为6类，分别代表矿物、二次气溶胶、海盐、生物质燃烧、重金属和碳质气溶胶。它们的浓度由所测离子和元素的浓度估算得到。方法分别为：①矿物=Al／0.08；②二次气溶胶=NH+4+NO-3+SO 2-4；③海盐=2.54×（Na-0.3Al），这里（Na-0.3Al）表示非矿物源的Na，并假设其全部来自海盐［26］；④生物质燃烧（即非矿物K）=K-0.25Al［27］；⑤重金属=所测的非矿物与非海盐元素浓度之和，S和K除外；⑥碳质气溶胶=颗粒物质量-上述5类质量之和。图10-3显示DS1、DS2、ND（非沙尘）期间，上述6类组分占PM 2.5和TSP的质量百分含量。

图10-3表明，非沙尘期间PM 2.5和TSP组成的空间分布类似，矿物、二次气溶胶和有机组分是气溶胶的主要组分，矿物所占颗粒物的比例在内陆接近沙尘源的地区（多伦、榆林）最高，在沿海地区（青岛、上海）最低。PM 2.5中矿物组分的含量，多伦（65%）约是青岛（14%）和上海（16%）的5倍，表明即使在非沙尘期间，气溶胶中的矿物组分主要来自沙尘源区的排放。二次气溶胶组分的空间分布和矿物组分基本相反，其含量在大城市市区（北京、青岛、上海）高，约占PM 2.5的18%～32%；在小城市（多伦）和中等城市（榆林）低，仅占PM 2.5的8%～10%。二次气溶胶的组分，主要来自人为排放，如燃煤和交通排放的SO2和NO x的氧化。北京、青岛、上海的GDP比多伦、榆林高10～1 000倍，人口数量高2～130倍，因此在北京、青岛、上海会消耗大量的化石燃料，使二次气溶胶含量增加。有机气溶胶的空间分布与二次气溶胶类似，表明有机组分主要来自人为排放，如煤燃烧、交通、烹饪和工业排放等［28，29］。值得注意的是，有机气溶胶的含量在榆林很高，尤其在PM 2.5样品中，这与榆林附近有三大煤矿有关（www.sxyl.gov.cn）。