贵阳市PM2.5水溶性无机离子组成特征及氮源解析

摘要

PM2.5是引起雾霾的主要因素之一，其中水溶性无机离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-、NO3-、Cl-、F-等）是PM2.5的重要组成部分，能影响大气颗粒物酸碱度，并对人类健康等产生影响。在我国大多数地区，大气PM2.5颗粒中氮含量比例较高，是重要的大气污染物质之一。大气中氮的来源可分为自然源和人为源，不同地区大气氮的来源可能存在较大的差异。与森林等自然体系相比，城市大气氮以人为源为主，除化石燃料燃烧释放外，主要还有氮肥厂释放和人畜粪便释放等。一般不同来源的氮同位素组成在某一具体地区存在较明显的差异，可以有效进行氮源的甄别。本文采集了贵阳市区PM2.5样品，分别测定了9种水溶性离子和δ15N-TN值，探讨PM2.5水溶性离子组成特征及氮主要来源，并得到以下几点结论： （1）PM2.5的平均质量浓度冬季明显高于其他季节，且其浓度顺序为冬季>春季>秋季>夏季。与其他城市相比，贵阳的PM2.5平均质量浓度较国内偏低，较国外偏高。 （2）水溶性离子平均质量浓度顺序为：SO42->NH4+>NO3->Ca2+>K+>Cl->Mg2+>Na+>F-.。NH4+、SO42-、NO3-是主要的无机离子，占总水溶性无机离子的83%。总离子浓度季节变化特征为冬季（26.39±10.94μg·m-3）>春季（18.87±8.17μg·m-3）>秋季（17.93±9.23μg·m-3）>夏季（11.21±5.01μg·m-3）。 （3）PM2.5中NH4+可能主要以(NH4)2SO4、NH4NO3形式存在，部分以NH4HSO4、NH4NO3形式存在。NOR(氮氧化率)季节变化顺序为：冬季>秋季>春季>夏季，SOR（硫氧化率）季节变化顺序为：夏季>春季>冬季>秋季。 （4）NO3-/SO42-平均值为0.31±0.26<1，说明贵阳PM2.5大气氮硫主要贡献源以固定源污染为主。NO3-/SO42-有明显的季节变化特征，其顺序为冬季>秋季>春季>夏季。 （5）相关性分析与主成分分析表明，NH4+来源广泛，NH4+可能来源汽车尾气、生物质燃烧以及煤燃烧。秋、冬、春、夏季水溶性离子来源总体类型相似，主要是二次源，煤焚烧，扬尘以及生物质燃烧。 （6）通过后向轨迹模型结合PSCF、CWT分析，NO3-、SO42-、NH4+源区分布类似，区域传输潜在热点源区出现在重庆、成都等地区。广西的西部、云南东部以及贵州南部是Ca2+区域传输潜在源“热区”。 （7）总氮同位素(δ15N-TN)呈明显季节变化规律，夏季最偏正(+15.59‰)，冬季最偏负(+7.65‰)。暖季的δ15N-TN同位素值较冷季δ15N-TN同位素值明显偏正。结合前人研究发现，贵阳PM2.5中，总氮主要来源于煤燃烧、汽车尾气、生物质燃烧以及土壤氮源。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1 PM2.5污染现状

1.1.2 PM2.5组成特征

1.1.3 PM2.5影响及其危害

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外灰霾研究现状

1.2.2水溶性无机离子研究现状

1.2.3大气颗粒物中氮来源研究现状

1.3研究内容、研究目标，以及拟解决的关键科学问题

1.3.1研究内容

1.3.2研究目的及意义

1.3.3论文研究的特色与创新之处

1.3.5技术路线

第二章 样品采集与分析

2.1样品采集

2.1.1研究区概况

2.1.2样品采集

2.2样品分析

2.2.1水溶性无机离子测定

2.2.2总氮同位素测定

2.3来源分析方法

2.3.1主成分分析（PCA）

2.3.2相关性分析法

2.3.3后向轨迹

2.3.4 PSCF(潜在源贡献因子法)

2.3.5 CWT（浓度权重轨迹分析法）

第三章 水溶性无机离子组成特征

3.1 PM2.5浓度时空分布特征

3.1.1时间变化特征

3.1.2气象条件

3.2水溶性无机离子组成特征

3.2.1离子平均浓度水平及占比

3.2.2季节变化特征

3.2.3阴、阳离子平衡

3.2.4 NH4+与NO3-、SO42-结合方式

3.2.5硫氧化率及氮氧化率

3.3本章小结

第四章 水溶性无机离子来源解析

4.1 NO3-/SO42-比值分析

4.2相关性分析

4.3 PCA(主成分分析法)源解析

4.4后向轨迹

4.4.1聚类分析

4.4.2 PSCF(潜在源贡献因子法)区域传输分析

4.4.3 CWT（浓度加权轨迹模型）区域传输分析

4.6 本章小结

第五章PM2.5中总氮同位素组成特征及氮源解析

5.1.1水溶性无机氮时空分布特征

5.1.2总氮同位素时空分布特征

5.1.3与其他城市研究对比

5.2氮源解析

5.2.1区域传输分析（PSCF与CWT）

5.2.2总氮来源分析

5.3 本章小结

第六章 结论、不足与展望

6.1结论

6.2不足与展望

参考文献

致谢

附录 在校期间取得的研究成果

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