氣溶膠消光和顆粒物粒徑分布之間關系的分析

杜嵩山

（江蘇省環境監測中心〈江蘇省機動車排氣污染監督管理中心〉，江蘇 南京210036）

大氣顆粒物污染除了對人體健康造成危害，也對氣溶膠消光系數造成一定影響，并最終導致大氣能見度下降，給人們的感官和生產生活造成一定影響。但是不同原因引起的顆粒物污染造成氣溶膠消光系數上升的程度是不一樣的，本文將就典型天氣下氣溶膠消光系數的變化和顆粒物數濃度之間的關系進行初步的探討。[1-2]

1 材料與方法

1.1 實驗設備

大氣顆粒物粒徑及數濃度的測量由大氣細粒子譜分析儀完成。其中，空氣動力學粒徑譜儀原理：由于不同粒徑的顆粒物的飛行速度不同，利用粒子飛行時間測量粒徑。掃描電遷移率粒徑譜儀原理：利用不同粒徑的顆粒物帶點后在電場中遷移速度不同，使不同粒徑的顆粒物有效分離。氣溶膠消光系數、散射系數、吸收系數和黑碳采用光聲氣溶膠消光儀（PAX）分析，其原理是基于氣體的光聲效應，用一束強度可調制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的 調制頻率產生周期性加熱，從而導致介質產生周期性壓力波動,這種壓力波動可用靈敏的傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號。

1.2 觀測時間及地點

2013年3月-8月，對南京地區的大氣顆粒物和氣溶膠光學變化特征進行連續觀測，并選取典型天氣進行比較。實驗站點在江蘇省環境保護監測中心站6層樓頂，采樣頭距離地面高度約為25m，周圍主要為居民區，無其他明顯污染源。

2 結果與分析

2.1 秸稈焚燒、沙塵過境和正常天氣下光學性質對比

2013年3月9-10日江蘇境內出現一次沙塵過境，6月10-11日秸稈焚燒對南京市區造成影響，10日晚間至次日早晨，市內出現煙霧，能見度大幅下降。兩次事件期間均出現大氣顆粒物濃度的短時飆升，但市民主觀感受卻有相當大的差別。2013年7月21日-7月22日，南京市空氣質量均處于良-優水平，AQI小于100，以此時間段作為優良天氣進行參比。

如圖1所示，7月份正常天氣下，PM2.5和PM10質量濃度都很低，基本都在100ug/m3以內，消光系數也相對較低。3月9-10日沙塵過境時，PM10濃度大幅上升，最高時超過750 ug/m3，PM2.5則基本保持不變，說明該種天氣下顆粒物以粒徑較大的PM10為主。6月10日晚到11日凌晨秸稈焚燒時，PM2.5和PM10質量濃度都出現大幅升高，峰值時均接近500 ug/m3且PM2.5/PM10超過0.5，這表明此時空氣中顆粒物主要以粒徑較小的PM2.5為主。

圖1 三種天氣下的PM2.5、PM10和消光系數

與此同時，兩種天氣下消光系數的變化也形成對比，沙塵過境時消光系數沒有明顯變化，秸稈焚燒時則大幅升高，接近1500 1/Mm，而消光系數越高能見度就越低，因此在顆粒物濃度都明顯升高的情況下，人們對大氣的視覺感官卻完全不同。

三種天氣下氣溶膠消光系數和PM10，PM2.5質量濃度相關性的對比表明：粒徑較小的顆粒物是導致消光系數升高的主要原因。

2.2 秸稈焚燒、沙塵過境和正常天氣下粒徑譜分析

圖2 正常天氣下，粒徑變化圖

2013年7月21日-7月22日，南京市空氣質量均處于良-優水平，AQI小于100，以此時間段作為優良天氣進行參比。此段時間內，顆粒物粒徑主要分布在50nm左右，數濃度峰值出現在21日下午6時，最高為4*104個/cm3。（圖2）

沙塵天氣時，顆粒物粒徑主要分布在100nm左右，南京顆粒物數濃度相對正常天氣下無明顯變化，數濃度在9日的零時和10日的4時出現峰值，最高僅為5*104個/cm3。（圖3）

圖3 沙塵天氣下，粒徑變化圖

秸稈焚燒時，南京地區顆粒物粒徑主要分布在150nm左右，數濃度在11日凌晨高達105個/cm3，是南京優良天氣下的2倍。（圖4）

因此，結合第一部分的分析可以看出，沙塵天氣時雖然顆粒物質量濃度大幅飆升，其顆粒物數濃度并未同時大幅上升，而秸稈焚燒時，不僅顆粒物質量濃度升高，顆粒物數濃度也達到優良天氣時的兩倍，粒徑較小的積聚模態粒子是影響氣溶膠光學性質的首要因素，也是秸稈焚燒導致能見度下降的主要原因。

圖4 沙塵天氣下，粒徑變化圖

3 結論

3.1 大氣中引起氣溶膠消光系數下降的主要是細顆粒物PM2.5濃度的上升。

3.2 沙塵天氣下，顆粒物質量濃度上升，數濃度沒有明顯升高；秸稈焚燒時，顆粒物質量濃度和數濃度都明顯上升。

3.3 粒徑較小的積聚模態粒子是影響氣溶膠光學性質的首要因素，也是秸稈焚燒導致能見度下降的主要原因。

［1］謝小芳,孫在,付志民,楊文俊,林建忠.杭州市大氣超細顆粒數濃度譜季節性特征[J].環 境科學,2013,34(2)：434-440.

［2］黃祖照,王杰,劉建國,桂華僑,伍德俠,李鐵.廣州城區大氣細顆粒物粒譜分布特征分析[J].中國環境科學,2012,32(7)：1177-1181.