王浥塵 曹軍驥 張寧寧 肖舜 王啟元 陳陽

摘要：在2012年秋季選取天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定的12 d，運(yùn)用細(xì)顆粒化學(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM），觀測(cè)西安大氣顆粒物變化；利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)大氣細(xì)顆粒物中的有機(jī)物進(jìn)行源解析，探討其對(duì)能見度的影響；最后，結(jié)合IMPROVE公式中吸濕增長(zhǎng)因子和多元線性回歸統(tǒng)計(jì)方法重建散光系數(shù)。結(jié)果表明：在觀測(cè)時(shí)段，PM1（不包括黑碳和礦塵等難熔組分）和PM2.5質(zhì)量濃度時(shí)間序列的相關(guān)性較好（判定系數(shù)為0.67），PM1約占PM2.5質(zhì)量濃度的60%，有機(jī)物約占PM1質(zhì)量濃度的58%，其他組分（包括SO2-4，NO-3，NH+4 和Cl-）約占42%；高相對(duì)濕度（大于85%）伴隨著一次組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，雨水對(duì)一次組分的濕沉降作用也更加明顯；利用正矩陣因子分析法對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，分解出烴類有機(jī)氣溶膠（HOA）和氧化性有機(jī)氣溶膠（OOA）兩種組分；OOA約占有機(jī)物質(zhì)量濃度的54%，HOA約占46%，并且在下午時(shí)段，HOA發(fā)生揮發(fā)，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)快速轉(zhuǎn)化為OOA；硝酸鹽對(duì)光的散射貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：大氣細(xì)顆粒；PM1；PM2.5；能見度；有機(jī)氣溶膠；散光系數(shù)；西安

中圖分類號(hào)：X131.1；P427.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

大氣污染監(jiān)測(cè)是污染控制必不可少的一環(huán)。傳統(tǒng)膜采樣方法所利用的采樣器為配有相應(yīng)粒徑切割頭的便攜式低流量采樣器[12]。這種方法無法以高時(shí)間分辨率得到細(xì)顆粒組分的質(zhì)量濃度，阻礙了對(duì)事件（如大氣重污染事件、降水事件）的研究。近年來，氣溶膠質(zhì)譜儀（AMS）在全世界范圍內(nèi)逐漸得到應(yīng)用[37]。它可以檢測(cè)大氣細(xì)顆粒（PM1）中非難熔性化學(xué)組成的質(zhì)量濃度和粒徑分布。相比氣溶膠質(zhì)譜儀，細(xì)顆?；瘜W(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM）具有相似的構(gòu)造和原理[89]，但ACSM儀器無法觀測(cè)顆粒物的粒徑分布，這也使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于攜帶，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。

風(fēng)速和風(fēng)向會(huì)影響污染物遷移和散布。為了研究當(dāng)?shù)卦磳?duì)顆粒物組成和能見度的影響，Cao等對(duì)西安能見度和細(xì)顆粒化學(xué)組成之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[10]，但都是基于傳統(tǒng)膜采樣方法。筆者在高時(shí)間分辨率的情況下對(duì)西安大氣顆粒物化學(xué)組分及其對(duì)能見度的影響進(jìn)行了研究，利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，認(rèn)識(shí)西安大氣顆粒物變化、來源及其對(duì)能見度的影響，為西安治污減霾工作提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)與方法

西安北臨渭河、南依秦嶺，秦嶺山地與渭河平原界線分明，構(gòu)成西安的地貌主體。西安是中國(guó)西北最大的城市，人口超過800萬。在工業(yè)結(jié)構(gòu)中，能源重化工所占比例極高，煤炭占全部能源消費(fèi)總量的70%以上。 本觀測(cè)點(diǎn)位于西安高新區(qū)中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所綜合大樓二樓樓頂，是一個(gè)住宅和商務(wù)混合區(qū)。觀測(cè)時(shí)間為2012年9月1日至9月6日以及9月26日至10月1日（共12 d），天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定，日平均風(fēng)速為0.27 m·s-1。Aerodyne公司的ACSM儀器可以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)顆粒物非難熔性化學(xué)組分的質(zhì)量濃度（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和Cl-）。ACSM儀器和AMS儀器的基本原理類似。相比AMS儀器，ACSM儀器的時(shí)間分辨率和靈敏度都比較低，但無法測(cè)量顆粒物化學(xué)組分的粒徑分布，這使其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，便于攜帶，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。本研究中，ACSM儀器所測(cè)得顆粒物化學(xué)組分的時(shí)間分辨率約為15 min。

ACSM儀器的基本原理為（圖1）：顆粒物在3 L·min-1采樣泵作用下通過URG公司的PM2.5切割頭進(jìn)入儀器腔體，經(jīng)過空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的顆粒物聚焦成粒子束（粒徑范圍為40～1 000 nm）并撞擊在600 ℃的汽化器上，非難熔性組分（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和氯離子）在汽化器上揮發(fā)。為了得到儀器的背景值（如N2、O2等信號(hào)值），ACSM儀器在實(shí)際大氣和無顆粒氣體之間轉(zhuǎn)換，兩者質(zhì)譜信號(hào)差值可去除儀器背景值的影響，得到顆粒物的真實(shí)質(zhì)譜圖。不同組分對(duì)應(yīng)不同的質(zhì)荷比，根據(jù)質(zhì)荷比的信號(hào)強(qiáng)弱可計(jì)算不同組分的質(zhì)量濃度。本研究中設(shè)置掃描頻率為500 ms·amu-1，質(zhì)荷比掃描范圍為10～150，時(shí)間分辨率約為15 min。

摘要：在2012年秋季選取天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定的12 d，運(yùn)用細(xì)顆?；瘜W(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM），觀測(cè)西安大氣顆粒物變化；利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)大氣細(xì)顆粒物中的有機(jī)物進(jìn)行源解析，探討其對(duì)能見度的影響；最后，結(jié)合IMPROVE公式中吸濕增長(zhǎng)因子和多元線性回歸統(tǒng)計(jì)方法重建散光系數(shù)。結(jié)果表明：在觀測(cè)時(shí)段，PM1（不包括黑碳和礦塵等難熔組分）和PM2.5質(zhì)量濃度時(shí)間序列的相關(guān)性較好（判定系數(shù)為0.67），PM1約占PM2.5質(zhì)量濃度的60%，有機(jī)物約占PM1質(zhì)量濃度的58%，其他組分（包括SO2-4，NO-3，NH+4 和Cl-）約占42%；高相對(duì)濕度（大于85%）伴隨著一次組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，雨水對(duì)一次組分的濕沉降作用也更加明顯；利用正矩陣因子分析法對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，分解出烴類有機(jī)氣溶膠（HOA）和氧化性有機(jī)氣溶膠（OOA）兩種組分；OOA約占有機(jī)物質(zhì)量濃度的54%，HOA約占46%，并且在下午時(shí)段，HOA發(fā)生揮發(fā)，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)快速轉(zhuǎn)化為OOA；硝酸鹽對(duì)光的散射貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：大氣細(xì)顆粒；PM1；PM2.5；能見度；有機(jī)氣溶膠；散光系數(shù)；西安

中圖分類號(hào)：X131.1；P427.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

大氣污染監(jiān)測(cè)是污染控制必不可少的一環(huán)。傳統(tǒng)膜采樣方法所利用的采樣器為配有相應(yīng)粒徑切割頭的便攜式低流量采樣器[12]。這種方法無法以高時(shí)間分辨率得到細(xì)顆粒組分的質(zhì)量濃度，阻礙了對(duì)事件（如大氣重污染事件、降水事件）的研究。近年來，氣溶膠質(zhì)譜儀（AMS）在全世界范圍內(nèi)逐漸得到應(yīng)用[37]。它可以檢測(cè)大氣細(xì)顆粒（PM1）中非難熔性化學(xué)組成的質(zhì)量濃度和粒徑分布。相比氣溶膠質(zhì)譜儀，細(xì)顆?；瘜W(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM）具有相似的構(gòu)造和原理[89]，但ACSM儀器無法觀測(cè)顆粒物的粒徑分布，這也使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于攜帶，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。

風(fēng)速和風(fēng)向會(huì)影響污染物遷移和散布。為了研究當(dāng)?shù)卦磳?duì)顆粒物組成和能見度的影響，Cao等對(duì)西安能見度和細(xì)顆?；瘜W(xué)組成之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[10]，但都是基于傳統(tǒng)膜采樣方法。筆者在高時(shí)間分辨率的情況下對(duì)西安大氣顆粒物化學(xué)組分及其對(duì)能見度的影響進(jìn)行了研究，利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，認(rèn)識(shí)西安大氣顆粒物變化、來源及其對(duì)能見度的影響，為西安治污減霾工作提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)與方法

西安北臨渭河、南依秦嶺，秦嶺山地與渭河平原界線分明，構(gòu)成西安的地貌主體。西安是中國(guó)西北最大的城市，人口超過800萬。在工業(yè)結(jié)構(gòu)中，能源重化工所占比例極高，煤炭占全部能源消費(fèi)總量的70%以上。 本觀測(cè)點(diǎn)位于西安高新區(qū)中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所綜合大樓二樓樓頂，是一個(gè)住宅和商務(wù)混合區(qū)。觀測(cè)時(shí)間為2012年9月1日至9月6日以及9月26日至10月1日（共12 d），天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定，日平均風(fēng)速為0.27 m·s-1。Aerodyne公司的ACSM儀器可以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)顆粒物非難熔性化學(xué)組分的質(zhì)量濃度（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和Cl-）。ACSM儀器和AMS儀器的基本原理類似。相比AMS儀器，ACSM儀器的時(shí)間分辨率和靈敏度都比較低，但無法測(cè)量顆粒物化學(xué)組分的粒徑分布，這使其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，便于攜帶，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。本研究中，ACSM儀器所測(cè)得顆粒物化學(xué)組分的時(shí)間分辨率約為15 min。

ACSM儀器的基本原理為（圖1）：顆粒物在3 L·min-1采樣泵作用下通過URG公司的PM2.5切割頭進(jìn)入儀器腔體，經(jīng)過空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的顆粒物聚焦成粒子束（粒徑范圍為40～1 000 nm）并撞擊在600 ℃的汽化器上，非難熔性組分（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和氯離子）在汽化器上揮發(fā)。為了得到儀器的背景值（如N2、O2等信號(hào)值），ACSM儀器在實(shí)際大氣和無顆粒氣體之間轉(zhuǎn)換，兩者質(zhì)譜信號(hào)差值可去除儀器背景值的影響，得到顆粒物的真實(shí)質(zhì)譜圖。不同組分對(duì)應(yīng)不同的質(zhì)荷比，根據(jù)質(zhì)荷比的信號(hào)強(qiáng)弱可計(jì)算不同組分的質(zhì)量濃度。本研究中設(shè)置掃描頻率為500 ms·amu-1，質(zhì)荷比掃描范圍為10～150，時(shí)間分辨率約為15 min。

摘要：在2012年秋季選取天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定的12 d，運(yùn)用細(xì)顆?；瘜W(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM），觀測(cè)西安大氣顆粒物變化；利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)大氣細(xì)顆粒物中的有機(jī)物進(jìn)行源解析，探討其對(duì)能見度的影響；最后，結(jié)合IMPROVE公式中吸濕增長(zhǎng)因子和多元線性回歸統(tǒng)計(jì)方法重建散光系數(shù)。結(jié)果表明：在觀測(cè)時(shí)段，PM1（不包括黑碳和礦塵等難熔組分）和PM2.5質(zhì)量濃度時(shí)間序列的相關(guān)性較好（判定系數(shù)為0.67），PM1約占PM2.5質(zhì)量濃度的60%，有機(jī)物約占PM1質(zhì)量濃度的58%，其他組分（包括SO2-4，NO-3，NH+4 和Cl-）約占42%；高相對(duì)濕度（大于85%）伴隨著一次組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，雨水對(duì)一次組分的濕沉降作用也更加明顯；利用正矩陣因子分析法對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，分解出烴類有機(jī)氣溶膠（HOA）和氧化性有機(jī)氣溶膠（OOA）兩種組分；OOA約占有機(jī)物質(zhì)量濃度的54%，HOA約占46%，并且在下午時(shí)段，HOA發(fā)生揮發(fā)，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)快速轉(zhuǎn)化為OOA；硝酸鹽對(duì)光的散射貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：大氣細(xì)顆粒；PM1；PM2.5；能見度；有機(jī)氣溶膠；散光系數(shù)；西安

中圖分類號(hào)：X131.1；P427.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

大氣污染監(jiān)測(cè)是污染控制必不可少的一環(huán)。傳統(tǒng)膜采樣方法所利用的采樣器為配有相應(yīng)粒徑切割頭的便攜式低流量采樣器[12]。這種方法無法以高時(shí)間分辨率得到細(xì)顆粒組分的質(zhì)量濃度，阻礙了對(duì)事件（如大氣重污染事件、降水事件）的研究。近年來，氣溶膠質(zhì)譜儀（AMS）在全世界范圍內(nèi)逐漸得到應(yīng)用[37]。它可以檢測(cè)大氣細(xì)顆粒（PM1）中非難熔性化學(xué)組成的質(zhì)量濃度和粒徑分布。相比氣溶膠質(zhì)譜儀，細(xì)顆粒化學(xué)組分在線觀測(cè)儀（ACSM）具有相似的構(gòu)造和原理[89]，但ACSM儀器無法觀測(cè)顆粒物的粒徑分布，這也使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于攜帶，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。

風(fēng)速和風(fēng)向會(huì)影響污染物遷移和散布。為了研究當(dāng)?shù)卦磳?duì)顆粒物組成和能見度的影響，Cao等對(duì)西安能見度和細(xì)顆粒化學(xué)組成之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[10]，但都是基于傳統(tǒng)膜采樣方法。筆者在高時(shí)間分辨率的情況下對(duì)西安大氣顆粒物化學(xué)組分及其對(duì)能見度的影響進(jìn)行了研究，利用正矩陣因子分析法（PMF）對(duì)有機(jī)物進(jìn)行源解析，認(rèn)識(shí)西安大氣顆粒物變化、來源及其對(duì)能見度的影響，為西安治污減霾工作提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)與方法

西安北臨渭河、南依秦嶺，秦嶺山地與渭河平原界線分明，構(gòu)成西安的地貌主體。西安是中國(guó)西北最大的城市，人口超過800萬。在工業(yè)結(jié)構(gòu)中，能源重化工所占比例極高，煤炭占全部能源消費(fèi)總量的70%以上。 本觀測(cè)點(diǎn)位于西安高新區(qū)中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所綜合大樓二樓樓頂，是一個(gè)住宅和商務(wù)混合區(qū)。觀測(cè)時(shí)間為2012年9月1日至9月6日以及9月26日至10月1日（共12 d），天氣狀況相對(duì)穩(wěn)定，日平均風(fēng)速為0.27 m·s-1。Aerodyne公司的ACSM儀器可以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)顆粒物非難熔性化學(xué)組分的質(zhì)量濃度（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和Cl-）。ACSM儀器和AMS儀器的基本原理類似。相比AMS儀器，ACSM儀器的時(shí)間分辨率和靈敏度都比較低，但無法測(cè)量顆粒物化學(xué)組分的粒徑分布，這使其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，便于攜帶，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。本研究中，ACSM儀器所測(cè)得顆粒物化學(xué)組分的時(shí)間分辨率約為15 min。

ACSM儀器的基本原理為（圖1）：顆粒物在3 L·min-1采樣泵作用下通過URG公司的PM2.5切割頭進(jìn)入儀器腔體，經(jīng)過空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的顆粒物聚焦成粒子束（粒徑范圍為40～1 000 nm）并撞擊在600 ℃的汽化器上，非難熔性組分（有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和氯離子）在汽化器上揮發(fā)。為了得到儀器的背景值（如N2、O2等信號(hào)值），ACSM儀器在實(shí)際大氣和無顆粒氣體之間轉(zhuǎn)換，兩者質(zhì)譜信號(hào)差值可去除儀器背景值的影響，得到顆粒物的真實(shí)質(zhì)譜圖。不同組分對(duì)應(yīng)不同的質(zhì)荷比，根據(jù)質(zhì)荷比的信號(hào)強(qiáng)弱可計(jì)算不同組分的質(zhì)量濃度。本研究中設(shè)置掃描頻率為500 ms·amu-1，質(zhì)荷比掃描范圍為10～150，時(shí)間分辨率約為15 min。