北京城区大气细粒子化学物种的消光贡献解析

选取北京受综合源排放影响的典型城区环境，基于持续2年在各个季节对大气细粒子的化学物种采样和全化学组分分析，结合各环节的误差分析及控制对其中的关键物种POM进行重构；在大样本量PM2.5化学物种构成数据基础上建立高颗粒物浓度和重霾污染背景下PM2.5的化学消光算法，解析各化学物种对消光的贡献；通过对比分析能见度最高和最低各20%的时期PM2.5的化学物种及其对能见度降低的定量影响，剖析其在灰霾生消过程中的时间变化特征，提取典型霾的PM2.5特征化学物种指标；进一步结合对气态污染物和气象参数的分析及气团后向轨迹的模拟，初步诊断典型霾污染的化学成因。项目可望获得北京PM2.5化学物种构成特征及其对消光的贡献率，这对结合这些物种的源解析结果等有针对性地制定行之有效的能见度达标对策及实施进程而言十分关键，可为我国经济快速发展地区同时控制大气细粒子污染和改善能见度提供有益的科学依据和方法学上的借鉴。

在各个季节的观测显示，PM2.5污染通常周期性地呈现缓慢累积、达到峰值后由于大风和降雨而快速降低的变化特征，持续时间约为2~12天。在2013年1月中国东中部大范围持续灰霾期间，PM2.5的日均浓度变化范围为11.3~592 g m-3，最高浓度与最低浓度相差达52倍；平均浓度139±125 g m-3，较2011年大幅度升高；对应于I~VI级空气质量的PM2.5的平均浓度分别为20.4、52.8、100、130、199和371 g m-3。PM2.5当空气质量为I~II级，POM对PM2.5浓度的贡献最大；当空气质量为VI级时，二次无机气溶胶的份额占到56%，其中(NH4)2SO4增长最多（占38%）。EC对PM2.5的贡献及其变化均较小。.能见度（由消光系数基于Koshmeider方程计算）与PM2.5浓度呈指数相关（相关系数R2≥0.94），表明其对较低的PM2.5浓度敏感，而对较高的PM2.5浓度不敏感。当冬季和夏季的PM2.5日均浓度分别大于65 µg m-3和50 µg m-3，削减PM2.5所产生的能见度改善效果有限；只有当PM2.5浓度不高于该阈值（小于PM2.5日均浓度标准）时，通过控制PM2.5污染才能获得明显的效果。在各个季节，当PM2.5浓度较低时，POM的贡献较大；反之，当PM2.5浓度较大时，(NH4)2SO4的贡献显著增加。在霾频发的冬季（2013年1月），当消光系数高于1900Mm-1时，41-50%的消光是由(NH4)2SO4引起的；当消光系数低于100 Mm-1 ，(NH4)2SO4的消光贡献降低到14%。相反，消光系数减小时，POM的贡献从17-26% 增加到 37%。北京城区能见度恶化主要与不利的气象条件以及二次无机细粒子尤其是硫酸盐含量的大幅度增加有关，即PM2.5中的(NH4)2SO4在霾的形成和发展过程中起到重要作用。因此，为了同时有效改善北京地区的空气质量和能见度，需要进一步加强硫的排放控制，即使是在环境空气中SO2浓度达标的非采暖季节（包括夏季）亦应如此。