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1、 青海瓦里关大气气溶胶元素富集特征及其来源温玉璞 徐晓斌 汤 洁 张晓春 赵玉成?中国气象科学研究院?北京? ?青海省气象局?西宁?提 要利用中子活化及? 和可见光灰度仪?对青海瓦里关大气本底基准监测站的大气气溶胶样品进行了测量通过元素相对浓度!富集因子和主因子分析等数据统计分析?并结合同期的气团后退轨迹分布资料?讨论了瓦里关大气气溶胶元素的组成及来源结果表明?位于青藏高原偏远地区的瓦里关大气气溶胶以土壤及地壳等自然来源为主?因子分析的方差百分数给出瓦里关气溶胶中自然源的贡献率平均在? ?以上燃煤!交通及冶炼等人为源也占有一定比例大气黑碳气溶胶的观测也表明人类活动影响的存在人为源的影响多与来自
2、东部及河西走廊等经济发达地区的气流有关关键词?大气气溶胶 来源 富集 主因子分析 轨迹引 言除温室气体外?大气气溶胶是造成地球气候变化最重要的大气成分之一因人类活动及自然条件的影响?大气气溶胶的浓度及组成均有明显的地域差异其中清洁地区的大气气溶胶在反映全球大气环境质量和大气污染对气候的影响方面都有重要的意义偏远地区的气溶胶?国外已有了不少研究成果? ?但因缺乏足够的观测资料?国内除少数工作?外?对我国内陆高原大气背景气溶胶的观测研究仍很不充分为了了解这一地区大气气溶胶的物理化学特征及人类活动和自然源对其影响的程度?本文利用近年在青海瓦里关大陆基准本底观象台取得的气溶胶观测资料对此做了讨论? 观
3、测方法及资料来源利用? ?2?及? ? 2?气溶胶采样器和美国玛基科学公司提供的可见光灰度仪于? ?年?在位于我国内陆青藏高原的青海瓦里关山?海拔? ?进行了大气气溶胶的采集及测量工作其中? ?2?为安得森? ? ? ? ?撞击式多 级采样器?采集的气溶胶分为? ?! ? ?! ? ? ? ?! ? ? ? ? ? ?! ? ? ? ? ? ?!? ? ? ? ? ?! ? ? ? ? ? ?和? ? ? ?个粒径 ? ?2?则为单级气溶胶?总量?采样器因当 地气溶胶背景值浓度相对较低?为保证有足够的样品量?采样持续时间? ?2?约为? ? 2?为? ?气溶胶的采集选用价格低?杂质少?捕获率高
4、的国产新华滤膜为避第?卷?期 ?年?月 应 用 气 象 学 报 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?本文由科技部?2?2?项目资助?2?2?收到? ?2?2?收到修改稿免环境条件对测量的干扰?所有滤膜均在恒温!恒湿条件下进行称量?精度为十万分之一? ? 空气流量及采样体积均按采样期间的平均气压!气温做了订正为了说明瓦里 关气溶胶的特征及来源?大部分样品是在不受人为源直接影响的偏西风的天气条件下采集的为便于比较?部分样品则选择受上风方人为源影响较大的偏东风条件下采集的 对所取样品?分别用中子活化?及质子射线荧光?分析技术对样品中?余种主要元素做了测定
5、除个别样品元素测定值接近滤膜本底值和采样时风向有明显变化的样品外?可用的分析资料共?组黑碳气溶胶的测量是根据可见光光强?与透过滤膜的衰减量的对数关系?由其光电流的大小即可方便的计算出黑碳浓度? ? ? ? ? ? 在本项研究中? ?年前黑 碳测量采用的是手动灰度仪?其后则采用了自动灰度测量仪?2?测得的资料?气象资料均取自台站观测结果瓦里关地理条件及周围环境状况参考文献? ? 主要结果211 瓦里关地区大气气溶胶的化学组成及浓度分布 瓦里关气溶胶主要由?余种元素组成?元素的浓度变化范围如表?所示为了便于比较?还同时给出了上甸子区域本底监测站?和西太平洋考察区域? ?及加拿大? ? ? ?基准站
6、? ! ? ?取得的资料平均而言?瓦 里关气溶胶中元素浓度大于? ? ? ?的有?!?!?!?!? ?小于? ?而大于? ? ? ?的有?!?!? ?浓度小于? ? ? ?!大于? ? ? ?的有?!?!? ?!?元素浓度在? ? ?与? ? ? ?之间的有?! ?!? ?!? ?!?! 元素浓 度低于? ? ? ?的有?!?!?!? !?!? !?!?!?对大多数地壳元素而 言?瓦里关气溶胶元素都要比城市地区的浓度低一个数量级以上?无论瓦里关或上甸子?!?!?!?!? ?!? ?!? ?!?和?等地壳元素的含量均要比其它元素大得多?土壤对两地气溶胶的贡献均是主要的?而与海洋气溶胶的组成则有明
7、显的区别在海洋气溶胶中?随着离大陆距离的增加?陆地的影响明显减小?表现在上述元素含量的减少可达一个数量级以上?而海洋元素如?!? ?!?等则逐渐高于陆地除自然源的影响外?瓦里关与其它地区气溶胶组成的最大差别还在于一些与人类活动有关的元素?如主要来自燃烧及交通等人为排放的?!?!?! ?!和?等?都明显低于东部地区的上甸子及其它较洁净的地区?并略低于国外的区域背景值?而与? ? ? ?全球大气本底基准站相比?瓦里关 气溶胶中几乎所有元素的浓度均远远高于前者?可见自然源及人为源对我国内陆高原气溶胶均有一定的影响研究? ? ?表明?不同粒径的气溶胶粒子的来源是不同的粒径在?以上的粗粒子一 般多来自局
8、地自然源?而?以下的细粒子?常与燃烧等人为污染排放有关由表?可看 出各元素在瓦里关及上甸子气溶胶粗!细粒子中分布的特征?主要来自土壤的地壳元素?!?!?!?!?!?!? ?!? ?!? ?!?!?和等?在两地的粗粒子部分均占有较高的含量地壳元素在瓦里关气溶胶粗粒子部分的含量百分比约为? ?左右?只有不足? ?的部分含于细粒子中而北京远郊区的上甸子?地壳元素在粗粒子中的含量百分比约为?期 温玉璞等?青海瓦里关大气气溶胶元素富集特征及其来源 表1 瓦里关及上甸子气溶胶元素浓度变化范围与其它地区平均值的比较/ 3 元素瓦里关大陆站上甸子区域站? ? ? ?基准站元素瓦里关大陆站上甸子区域站? ? ?
9、 ?基准站? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
10、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 这可能与瓦里关地区少农业活动及 地势较高?扬尘难以到达?使来自风沙和土壤的影响相对减小有关 主要来自人为排放的?!?!?!?!?!?和?等污染元素?在瓦里关气溶胶的细粒子部分仍占有一定比例?含量一般在? ?以下? ?但明显低于上甸子细粒子
11、部分的平均含量?约为? ? ? ?更大大低于城市气溶胶的平均分 布?城市地区污染元素在细粒子中平均含量在? ?左右? 元素在瓦里关和上甸子气溶胶粗!细粒径上分布的差异?反映了两地气溶胶的来源不尽相同212 瓦里关大气气溶胶元素的富集特征 富集因子?是探讨大气气溶胶中元素富集程度!分析其来源的一种常用方法? ? ?此处若选地壳元素?作参比元素?各元素在地壳中的平均丰度值取自? ? ?所给出的资料?计算出的瓦里关 气溶胶总量中元素的平均值如表?所表2 不同地区各元素含量在气溶胶粗!细粒子中的分布% 元素瓦里关上甸子 粗粒子细粒子粗粒子细粒子? ? ? ? ?示从各元素相对于地壳的值可看出?上甸子气
12、溶胶中?! ?!?!?!?!?和?等污染元素的值远远大于? ?表明来自北京市区或其它人为污染源对上甸子气溶胶有明显的影响?这些元素基本上反映了我国北方以煤烟型污染为主的特征而上述元素在?应 用 气 象 学 报 ?卷 瓦里关气溶胶中也有所富集?其中?部分污染元素的也高于? ?可见来自大陆腹地的人为源对瓦里关背景气溶胶仍有一定的影响但总体而言?瓦里关元素的值大大低于上甸子表3 瓦里关气溶胶元素的平均值元素?瓦里关? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?上甸子? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?元素? ? ? ?瓦里关? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?上甸子? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?研究表明?不同粒径组成的气溶胶粒子?其性质!来源和元素的富集程度都有很大区 别? ?! ?!?!?!?!?和?等这些主要来自人为源的元素多在细粒径上富集?而主要来自地壳的元素则与之相反为了解人类活动对瓦里关气溶胶组成的影响?图?给出了?组?!?! ?!? ?偏东至偏北风向条件下瓦里关气溶胶元素值随
