应用有机示踪物研究四川盆地灰霾天气下大气PM2.5的污染特征和灰霾的形成机制

Sichuan Basin, which is the mostly occurred gray haze area but lack of research about fine particle (PM2.5) and its organic compounds, is selected in this project. For comparison purpose, we plan to collect day and night PM2.5 samples on haze and non-haze days, as well as special days in the whole year. Concentrations of PM2.5 and its major components, especially primary and secondary organic tracers will be analyzed. This study will discuss the pollution levels, diurnal and seasonal fluctuations of PM2.5 and its components. Innovatively taking primary and secondary organic tracers as inputting data in positive matrix factorization receptor model to do source apportionment analysis of PM2.5 and organic carbon, and compare the results with those of chemical mass balance model. Exploring the formation mechanism of gray haze and the effect of secondary organic compounds on it will also be conducted with positive matrix factorization and principle component analysis methods, as well as weather conditions, environmental monitoring data, PM2.5, organic tracers, et al. parameters. The results of this project are necessary to generate strategies to effectively control air pollution.

本项目选择灰霾多发、且大气细颗粒物（PM2.5）及其有机物研究几乎空白的四川盆地，采集一年四季灰霾、非灰霾和特殊时期天气下白天和黑夜的PM2.5对照样品，分析PM2.5及其组分的浓度，重点分析具有独特来源的一次和二次有机示踪物。研究PM2.5及其组分的污染水平、日变化和季节变化规律；创新性的把一次和二次有机示踪物用于正矩阵因数分解受体模型对PM2.5和有机碳进行源解析，并与化学质量平衡源解析结果相比较；结合气象条件、大气环境监测数据、PM2.5、有机示踪物等参数，应用正矩阵因数分解和主成份分析探讨灰霾的形成机制以及二次有机物对灰霾的影响规律。为有针对性地制定大气污染控制策略、尽快达到新标准提供基础研究。

由于大气细颗粒物(PM2.5)对人体健康、能见度和全球气候的影响，已成为国际社会研究的热点。四川盆地是全国气溶胶光学厚度最高的区域，但相对于其他经济发达地区，该地对PM2.5的相关研究非常欠缺。本课题围绕四川盆地PM2.5的污染特征、来源和灰霾形成机制开展了以下研究：.（1）收集分析了5类不同餐饮源排放的PM2.5样品。结果表明餐饮活动排放的PM2.5是背景值的2.5-9.6倍，其中烤肉排放最高。由于烹饪方式和燃料的不同，烧烤排放的PM2.5大约是传统中国烹饪的2倍。烤肉和餐厅小炒排放具有高有机碳(OC)含量和高OC/EC，表明油和高脂肪原料会产生大量的PM2.5和OC。蒸煮方式产生水溶性离子含量高且WSCO/OC大。考虑到OC/EC会受餐饮源的影响，以及二次有机气溶胶(SOA)化合物大多可溶于水的特征，本研究建议在人口 聚集的城市，采用WSOC/OC评估SOA比用OC/EC更合理，WSOC/OC大于0.40即表明产生了较多的SOA。餐饮源PM2.5中元素主要来源于燃煤和不规范餐饮活动、泥土尘埃、木炭燃烧和餐具。餐饮活动大量PM2.5及有毒物质的排放表明相关部门应当严格控制燃煤和不规范的餐饮活动，制定更加安全的餐饮排放标准。.（2）在雅安市2013.6-2014.6采集分析了70个大气PM2.5样品。结果表明雅安大气PM2.5的年均浓度为64.1 μg m-3，季节变化为：冬季> 春季> 秋季> 夏季。能见度(VR)季节变化与PM2.5趋势相反，年均11.9 km，中值为9.8km。对比1970s和2000s的中值，表明雅安污染状况日益严重，与2006-2010年相比，VR>19km的天数降低了43.5%，而VR<10km的天数增加了130%。(NH4)2SO4, NH4NO3和OM对消光系数的贡献最大。因此，改善大气能见度，严格控制SO2、NOX及有机物排放是关键。.（3）雅安降水年均pH=4.38，15%的降水pH<4.0。大气PM2.5中金属元素主要有5个来源：地壳土壤、矿物燃料燃烧、工业排放、汽车排放和建筑扬尘。健康风险评估表明，雅安大气PM2.5中，Cr (VI) 对儿童存在致癌风险，As 和Cr (VI) 对成人都存在致癌风险。后向轨迹标明，雅安大气环境主要受控于盆地区域污染，但来自西-西南方向途径巴基斯坦、印度等地的气团也对盆地有显著影响。