沙尘过程中汾渭平原气溶胶化学组分及含水量的演变特征研究

作者：刁一伟; 杨孟; 沈利娟^*; 王红磊^*; 刘焕武; 刘诗云; 赵天良

来源：环境科学研究, 2023, 36(09): 1654-1664.

DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.07.13

• 沙尘
• 汾渭平原
• 水溶性离子
• 含碳气溶胶
• 气溶胶含水量
• pH

为研究沙尘过程对下游城市地区空气质量的影响，本文基于2021年3月10日—4月6日气溶胶化学组分和气象要素的在线观测数据，结合MODIS卫星遥感AOD (Aerosol Optical Depth)数据、MERRA 2再分析数据和环境六要素数据，探讨了汾渭平原两次沙尘过程和一次扬尘过程中气溶胶化学组分的演变特征，使用ISORRPIAⅡ模式计算了气溶胶含水量和pH，分析了其变化特征.结果表明：(1)沙尘1(2021年3月16日00:00—21日07:00)、扬尘(3月21日08:00—28日14:00)和沙尘2(3月28日15:00—31日21:00)期间，西安市PM10平均浓度分别为309.5、168.3和472.2μg/m3，分别是沙尘前(3月10日00:00—15日22:00)的2.7、1.5和4.1倍.(2)两次沙尘和扬尘均起源于内蒙古自治区阿拉善盟以及甘肃省酒泉市—张掖市—金昌市一带，但由于传输路径存在显著差异，导致对地面PM2.5浓度的影响不同，沙尘1、扬尘和沙尘2期间PM2.5浓度分别是沙尘前的1.2、1.1和2.5倍.(3)沙尘和扬尘过程中PM2.5中水溶性离子浓度占比均减小，沙尘1、扬尘和沙尘2中水溶性离子占比分别为45.8%、37.9%和14.8%.在不同阶段PM2.5中水溶性离子占比最高的均为NO3-，范围为24.6%(沙尘2)～38.7%(沙尘前)；其次是NH4+，占比在19.1%(沙尘前)～22.3%(沙尘2)之间.沙尘过程对SO2转化生成SO42-的影响要弱于对NO2转化生成NO3-的影响.(4)沙尘1过程中POC (一次有机碳)占比最高为49.0%，但在扬尘和沙尘2过程中POC占比均较低，分别为42.3%和41.2%，略低于沙尘前.(5)沙尘1、扬尘和沙尘2过程中气溶胶含水量均显著降低，分别为沙尘前的29.9%、43.7%和6.2%.(6)沙尘过程使得水溶性离子中阳离子含量增加，使得气溶胶碱性增强.沙尘1和沙尘2过程中pH分别为6.7和6.5，高于沙尘前(6.2).研究显示，沙尘传输对汾渭平原城市大气中PM2.5化学组分影响较大，显著降低了气溶胶的含水量，增加了气溶胶的pH，导致气溶胶的酸碱性变化，从而影响气溶胶化学组分的生成机制.

• 单位
  西安市环境监测站; 枣庄学院; 南京信息工程大学滨江学院; 中科三清科技有限公司; 南京信息工程大学