中國近海大氣氣溶膠中水溶性離子的組成與來源分析.pdf

1、大氣氣溶膠主要有大量水溶性離子組成,而氣溶膠的質(zhì)粒會通過直接輻射強迫和間接輻射強迫兩種方式影響全球氣候變化；另外,從局部上來說,它在區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量惡化過程中也扮演重要角色,因此對其研究意義重大。中國近海大氣氣溶膠中水溶性離子濃度較高的原因主要是由于東亞地區(qū)自然源和人為源的輸入,同時,在合適的氣象條件下這些高濃度的氣溶膠通過大氣輸送到太平洋上空進而影響大洋海區(qū)大氣的化學組成和生態(tài)環(huán)境。由于中國近海處于東亞地區(qū)與大洋海區(qū)的連接處,因此本論

2、文以黃海海域,東海海域及南海海域為研究目標,采集黃海2009年春季和冬季航次、2008年夏季航次的氣溶膠樣品,2009年春季、秋季和冬季東海氣溶膠樣品及2009年南海冬季氣溶膠樣品,運用離子色譜法對氣溶膠中水溶性離子濃度進行測定,并分析研究各海域之間的季節(jié)性差異與區(qū)域性變化和離子的主要來源以及氣溶膠的部分特性,主要研究結果如下:
　　 (1)2009年黃海春季航次總懸浮顆粒物(Total Suspended Particle,T

3、SP)樣品中主要水溶性離子的平均濃度變化順序是nss-SO42->NO3->Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+；2008年夏季航次是nss-SO42->NO3->Cl->Na+>NH4+>Ca2+>Mg2+>K+；2009年冬季航次為NO3->nss-SO42->Cl->NH4+>Na+>Ca2+>Mg2+>K+。三個季節(jié)采集的TSP樣品中離子濃度變化有所不同,但二次離子(nss-SO42-、NO3-、NH4+)在總測定

4、離子濃度中所占的比例均超過了58％,海鹽離子(Cl-、Na+、Mg2+)的濃度變化比較相似,混合源K+和Ca2+的濃度基本保持一致,且K+在三個航次中所占的濃度比例均最低,尤其是夏季航次,僅占0.5％左右。綜合分析發(fā)現(xiàn)黃海采集的TSP受人為排放污染的影響程度較大。甲基磺酸在三個季節(jié)采集的樣品中的濃度分別為0.078±0.011、0.048±0.012和0.012±0.011μg／·m-3,單因素方差分析顯示其存在極顯著季節(jié)性差異。

5、>　　 (2)2009年東海春季航次樣品中主要水溶性離子的平均濃度大小順序為NO3->nss-SO42->Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+,與黃海春季航次基本相似；秋季航次與冬季航次的平均濃度變化大體一致,大小順序分別為nss—SO42->NO3->NH4+>Cl->Na+>Ca2+>Mg2+>K+和nss-SO42->NO3->Cl->NH4+>Na+>Ca2+>K+>Mg2+。各航次中nss-SO42的濃度比例基

6、本維持在30％左右,有所下降,,而NO3-所占比例變化不大,說明了二次離子在大氣輸送過程中的虧損程度不同；NH4+在春季出現(xiàn)了最低值,可能是由于春季特殊的氣象條件加快了其沉降速度。氣溶膠樣品中MSA的濃度差異體現(xiàn)在季節(jié)上,春季、秋季和冬季的濃度分布為0.060±0.031、0.015±0.012和0.0088±0.0048μg·m-3,因為是春季表層海水生產(chǎn)力旺盛使浮游植物快速生長并且釋放出大量的二甲基硫(dimethylsulfide

7、,DMS),其進一步發(fā)生氧化反應生成MSA,導致春季MSA濃度較高。
　　 (3)2009年南海冬季航次氣溶膠樣品中二次離子與以上航次存在顯著性變化,即二次離子所占比例明顯低于海洋源離子,主要是采樣海域、氣象條件以及空氣粒子來源不同所導致的。主要水溶性離子的平均濃度大小順序為Cl->nss-SO42->Na+>NH4+>NO3->Mg2+>K+>Ca2+。海鹽離子占總測定離子的比例高達55％,說明南海海域采集的TSP樣品受人為活

8、動影響程度相對較??；二次離子濃度低可能是二次離子在大范圍遠距離的輸送的過程中發(fā)生了嚴重虧損。MSA的濃度為0.0026±0.00151μg·m-3,僅為東海冬季航次的29.5％。
　　 (4)各種水溶性離子間的相關性分析結果表明二次離子之間存在顯著正相關性,說明他們的來源比較相似,既陸源人為活動的釋放；Cl-、Na+和Mg2+三者間均表現(xiàn)為顯著正相關,且Na+和Mg2+的線性回歸方程斜率與本體海水中Mg2+／Na+的值十分接近,

9、說明三種離子主要來源于海洋；K+和Ca2的來源比較復雜,二者之間存在顯著相關性的同時還與部分海源離子存在明顯相關性,因此二者來源歸為以陸源為主受海洋影響的混合源。同時將水溶性離子與氣象條件做了相關性分析,結果為海鹽離子的濃度變化與風速存在一定程度的正相關,表明其受風速影響較大；另外,還發(fā)現(xiàn)多數(shù)航次的二次離子與溫度和相對濕度呈現(xiàn)顯著正相關,由此說明二次離子的生成會受到高的溫度和相對濕度的影響。
　　 (5)生源硫?qū)ss-SO42

10、-的貢獻率主要采用大洋區(qū)域的經(jīng)驗值nss-SO42-／MSA=19進行估算,結果顯示黃海三個季節(jié)航次的貢獻率分別為16.76％、9.21％和2.97％,東海三個季節(jié)航次的貢獻率分別是16.00％、3.08％和1.42％,南海冬季航次的貢獻率為0.72％。數(shù)據(jù)顯示各研究海域春季生源硫?qū)ss-SO42-的貢獻率均表現(xiàn)為最高,冬季最低,其原因主要是春季浮游藻類活動旺盛,向表層海水中釋放大量DMS,經(jīng)過一些列氧化反應最終影響到生源硫的貢獻率。

11、綜合分析發(fā)現(xiàn)黃海海域、東海海域、南海海域采集的氣溶膠樣品中nss-SO42-的主要來源是陸源人為釋放,但黃海和東海春季生源硫的貢獻也不容忽視。
　　 (6)針對黃海冬季航次、東海航次、南海航次做氣溶膠特性研究,即氣溶膠的酸堿性和NH4+與SO42-離子在氣溶膠中的主要結合形式,結果顯示黃海航次氣溶膠基本呈中性,東海為弱酸性,南海為弱堿性；NH4+與SO42-在氣溶膠的主要結合形式在不同海域也不盡相同,黃海和東海氣溶膠樣品中其主要