中國(guó)東部近海大氣氣溶膠中水溶性離子成分分析及季節(jié)性差異.pdf

1、水溶性離子是大氣氣溶膠中的重要組成成分，其在大氣中的直接和間接輻射強(qiáng)迫能夠?qū)θ驓夂蜃兓a(chǎn)生十分重要的影響。來(lái)自東亞地區(qū)自然源和人為源的輸送過(guò)程導(dǎo)致中國(guó)東部近海大氣氣溶膠具有較高的濃度，這些高濃度的氣溶膠通過(guò)大氣輸送到達(dá)太平洋上空能夠?qū)Υ笱蠛^(qū)的大氣化學(xué)組成以及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要的影響。中國(guó)東部近海是東亞氣溶膠向太平洋輸送的重要途徑，本論文以北黃海、山東近海和東海為研究目標(biāo)，采集了北黃海2007年春季和秋季的海洋氣溶膠樣品，山東近海200

2、7年春季和秋季的海洋氣溶膠樣品以及東海2007年秋季海洋氣溶膠樣品，對(duì)氣溶膠中主要水溶性離子濃度的季節(jié)和區(qū)域變化以及來(lái)源進(jìn)行了研究，主要的研究結(jié)果如下： (1)山東近海春季航次總懸浮顆粒物(Total Suspended Particulates，TSP)樣品中主要水溶性離子的平均濃度由高到低分別為nss-SO42->NO3->NH4+>nss-Ca2+>Na+>nss-K+>Mg2+，秋季航次為nss-SO42->NO3->N

3、H4+>nss-Ca2+>nss-K+>Na+>Mg2+。這兩個(gè)季節(jié)采集的TSP樣品中二次離子(nss-SO42-，NO3-，NH4+)的含量最高，春季和秋季濃度分別為37.76±11.91(1SD)和39.73±15.96μg·m-3，均占到水溶性離子總測(cè)定濃度的80％以上，其余離子中Na+、nss-K+和nss-Ca2+的濃度比例較為相近，Mg2+的濃度比例最低，僅為1.2％左右，這說(shuō)明山東近海TSP的化學(xué)組成受到人為污染排放的影響

4、非常大。甲磺酸(methanesulfonic acid，MSA)春季和秋季濃度分別為0.041±0.022和0.012±0.0031μg·m-3，季節(jié)差異較為顯著。 (2)北黃海春季TSP中主要水溶性離子的平均濃度由高到低分別為nss-SO42->NH4+>NO3->nss-Ca2+>Na+>nss-K+>Mg2+，秋季航次為nss-SO42->NH4+>NO3->Na+>nss-Ca2+>nss-K+>Mg2+，同山東近海的

5、分布趨勢(shì)相似，但二次離子中NO3-的濃度低于NH4+。北黃海兩個(gè)航次TSP中nss-SO42-的濃度比例明顯升高，占到了總測(cè)定濃度的50％左右，高于山東近海海域的比例，同時(shí)NO3-和NH4+兩個(gè)季節(jié)的比例均小于山東近海航次。以上二次離子的濃度比例變化說(shuō)明隨著采樣海域和陸地距離的增加，NO3-在遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中的沉降速率要大于nss-SO42-，從而導(dǎo)致前者的濃度比例降低。TSP中MSA的季節(jié)差異非常明顯，春季和秋季濃度分別為0.073±

6、0.034和0.011±0.0044μg·m-3，這主要是由于春季水華期表層海水中浮游藻類生長(zhǎng)旺盛，從而產(chǎn)生了較高濃度的二甲基硫(dimethylsulfide，DMS)，導(dǎo)致大氣中DMS的氧化產(chǎn)物MSA濃度較高。 (3)東海秋季航次TSP中主要水溶性離子的平均濃度由高到低分別為nss-SO42->Na+>NH4+>NO3->Mg2+>nss-Ca2+>nss-K+，由于受到了較高風(fēng)速的影響，導(dǎo)致TSP中海鹽離子濃度顯著升高，其

7、中Na+濃度超過(guò)了NH4+和NO3-，而Mg2+濃度則超過(guò)了nss-Ca2+和nss-K+。其中NO3-的濃度比例和北黃海相近，說(shuō)明這兩個(gè)海域TSP中NO3-遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中的沉降過(guò)程較為相似。MSA的濃度為0.0081±0.0047μg·m-3，和北黃海秋季航次相接近。 (4)水溶性離子同氣象條件之間的相關(guān)性分析顯示，海鹽成分的濃度受到風(fēng)速的影響較為顯著；二次離子濃度和氣溫以及相對(duì)濕度之間存在較為顯著的正相關(guān)，這表明較高的溫度

8、和相對(duì)濕度條件下有利于二次離子的生成；氣溫和地殼源成分之間的相關(guān)性說(shuō)明地殼源成分的濃度主要受到陸源礦物氣溶膠輸送的影響。通過(guò)水溶性離子之間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二次離子之間具有較好的相關(guān)性，說(shuō)明三者具有相似的來(lái)源，主要來(lái)自陸源人為活動(dòng)輸送；Na+和Mg2+之間相關(guān)性十分顯著，線性回歸結(jié)果說(shuō)明兩者都主要來(lái)自于海水。通過(guò)對(duì)水溶性離子富集因子的分析，發(fā)現(xiàn)TSP中的K+主要來(lái)自于地殼源。 (5)利用大洋海域nss-SO42-/MSA的經(jīng)驗(yàn)比

9、值來(lái)計(jì)算生源硫酸鹽對(duì)nss-SO42-的貢獻(xiàn)率，得到山東近海春季和秋季生源硫酸鹽貢獻(xiàn)率分別為4.5％和1.5％，北黃海春季和秋季生源硫酸鹽貢獻(xiàn)率分別為11.0％和2.0％，東海秋季生源硫酸鹽貢獻(xiàn)率為2.0％。各研究海域春季生源硫酸鹽對(duì)nss-SO42-的貢獻(xiàn)率要高于秋季，這主要是由于春季藻類活動(dòng)旺盛，導(dǎo)致表層海水中DMS濃度較高，進(jìn)而導(dǎo)致大氣中出現(xiàn)較高濃度的MSA?？傮w而言，山東近海、北黃海和東海海域春季和秋季采樣期間，氣溶膠中的nss