长三角南部气溶胶单颗粒形貌、来源及混合状态研究

Physico-chemical characteristics and mixing state of aerosol particle are key factors for understanding the formation of regional air pollution. However, research on physico-chemical characteristics and mixing state of aerosol particle under complex air pollution condition is still limited in the south of Yangtze River Delta (YRD). This project will select Hangzhou as an urban site and Lin’an as a background site to collect individual particle samples and PM2.5 samples. Transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) will be used to obtain morphology, chemical composition, size, and mixing state of individual particles. Ion chromatograph and OC/EC analyzer will be used to obtain the concentrations of water soluble inorganic ions and carbonaceous components in PM2.5. Our goal is to evaluate the pollution levels and gain the microcosmic information of individual particles in the south of YRD. The sources will be further identified based on particle types. Combining with image processing, backward trajectories of air masses and meteorological data, we can obtain the mixing type of individual particles under different air masses. In particular, aging mechnism between organic and inorganic species in individual particles will be focused.

研究大气气溶胶颗粒物的理化特性及混合状态是理解区域大气污染形成的关键因素，而针对长三角南部区域在大气复合污染条件下气溶胶颗粒物理化特性及混合状态的相关研究还比较缺乏。本项目拟选取杭州城区及临安大气本底站分别代表长三角南部区域典型的城市站点及区域背景站点，在不同污染事件期间采集单颗粒样品和PM2.5样品，利用透射电镜和扫描电镜的单颗粒分析方法，辅以离子色谱和有机碳/元素碳分析仪的全样分析手段，获取长三角南部区域气溶胶单颗粒的形貌、粒径及化学成分等颗粒物微观理化特性和PM2.5水溶性离子及碳质成分浓度等细颗粒物整体污染特征，进而识别长三角南部区域颗粒物的类型及来源；通过深入理解气溶胶单颗粒不同混合状态，结合采样期间的后推气流轨迹及气象因素综合分析，探讨长三角南部区域城市和背景站点的气溶胶颗粒物在气团长距离输送过程中的老化机制。

由于经济的快速发展和人口密度的急剧增长，长三角地区是我国空气污染最严重的地区之一，也是目前国家大气污染防治和科研聚焦的区域之一。然而，长三角南部沿海港口作为海陆输运的重要节点以及人为影响显著的区域，其大气细颗粒物研究仍然比较缺乏。本项目选取全球最大的沿海港口宁波舟山港的主要货运港区（梅山港）为研究对象，发现梅山港PM2.5的平均质量浓度为63.7±27.8 μg/m3，总无机水溶性离子平均质量浓度为26.6 ± 13.7 μg/m3，总碳质组分的平均质量浓度为12.9 ± 5.1 μg/m3，NO3—、SO42—、NH4+和OM是最主要的化学组分，约占PM2.5的60%以上。铁是最主要的金属元素，V作为船舶排放的示踪元素也被检测到。主成分分析和后推气流轨迹分析显示内陆人为源排放、港口船舶排放以及长距离输送过程中的二次转化是梅山港大气细颗粒物的主要来源。主要的单颗粒类型为SK-rich、soot、Fe、SK-soot和SK-Fe，占所有分析颗粒总数的98%。外混的黑碳和铁颗粒粒径约为176 nm和162 nm，和富硫颗粒发生内混后，颗粒物粒径增长至634 nm（SK-soot）和623 nm（SK-Fe）。SK-Fe 的硫酸盐包裹层中检测到可溶性铁和V。.新冠肺炎疫情是近几十年来全球及我国最严重的突发公共卫生事件之一，为了控制病毒的传播，国家和地方政府采取了一系列严格的、区域性的控制措施，有效的控制了病毒的扩散和传播，同时也极大的降低了机动车及工业的一次污染物排放。本项目选取我国长三角南部经济发展和环境保护均较好的特大城市杭州市作为研究对象，研究了新冠肺炎疫情前后气溶胶颗粒物和气态污染物的时空变化。结果显示，杭州市的PM2.5-10、PM2.5、NOx、SO2和CO的质量浓度在COVID-Lock期间显著降低，平均分别降低了58%、47%、83%、11%和30%，O3的质量浓度则增加了1倍以上，对封闭措施响应最敏感的污染物是NOx。白天大气边界层高度的抬升对PM2.5-10、NOx和CO的稀释作用最明显，平均可以降低30%的污染物浓度。根据粗略估计，长距离传输事件中外源输入贡献了40%-90%的杭州城区的细颗粒物。