开封市近地层大气颗粒物垂直分布特征研究

论文摘要

大气颗粒物导致城市的能见度降低,对生态环境和人体健康有极大影响和危害。尤其是低层的大气颗粒物,对人体健康的影响重大。本文通过采样分析开封市高层建筑各高度的大气颗粒物,了解空气质量的垂直变化特征,可以为多尺度城市大气规划和大气的污染综合治理决策提供新的科学依据,同时为进一步深入研究开封市大气气溶胶的基本分布规律、来源、传输与转化特征和气候微变化影响打造基础。2009年10月27日～11月6日、11月16日～20日和2010年1月8日～16日期间,选择开封市市中心玉祥酒店和经济开发区电业局的两个高层建筑为观测平台(分别代表商业交通居民混合区和行政文教区两个区域),采集不同高度处的PM10、PM2.5和降尘样品。对其浓度水平、污染特征、金属元素含量、粒径组成的空间和时间分布进行分析,结果表明:(1)PM10和PM2.5的质量浓度具有明显的季节差异,冬季浓度大于秋季。市中心商业交通居民混合区浓度大于经济开发区的行政文教区。PM10浓度随着高度的升高而减小,递减速率秋季大于冬季,玉祥酒店处大于电业局处。PM2.5随高度的变化并无明显的规律性,冬季距离地面70m处PM2.5浓度最高,为356.5μg/m3;秋季PM2.5距地面2m处浓度最高,为255.6μg/m3。可吸入颗粒物中PM2.5占绝大比重,为59.6%～78.7%。随高度的升高,细颗粒占粗颗粒物的百分比增大,地面处为65.5%～71.6%,最高层处为70.1%～78.7%。推测颗粒物的主要来源为交通运输和地面扬尘。(2)颗粒物中金属元素含量商业交通居民混合区大于行政文教区,冬季浓度大于秋季。Ca、Fe、Mg、Cr、Ni近地面浓度高于高层浓度,Pb、Zn和Cu垂直分布特征不明显,Mn元素在一定高度内均匀分布。Ca、Mg、Fe、Mn为地壳中常见元素,来源于土壤沙尘等自然源,在近地面处的富集较大。Pb、Zn、Cr、Cu、Ni重金属元素在颗粒物中的富集因子大于10,与人类活动密切相关,受土壤扬尘的影响较小,是典型的污染性元素。生活和交通密集区元素富集因子大于文教区,PM10中富集因子大于PM2.5中富集因子。PM10中大多数元素的富集因子秋季随高度减小,PM2.5中元素的富集因子则在冬季随高度增加而明显减小。(3)大雾天气空气湿度大,有利于细颗粒物形成,不利于颗粒物的水平和垂直扩散。Ca、Mg、Fe、Mn等自然源含量增加,Pb、Zn、Cr、Cu、Ni等人为源重金属元素含量减小。大风扬尘天气下,颗粒物浓度迅速累积,粗颗粒浓度随高度增高而降低。PM10和PM2.5中金属元素质量浓度与玉祥酒店冬季平均浓度相比明显增大。来源于地面扬尘的金属元素浓度增加较大。PM10中多数元素的富集因子地面大于高层,而PM2.5中高层值大于地面。(4)大气降尘粒径主要集中在10～30μm范围,<30μm颗粒物占总颗粒数的67.1%～99.6%,随着高度增加细颗粒物含量逐渐增加,具有下粗上细的分布特征。降尘中重金属元素含量随高度没有显著变化规律。室内重金属富集因子明显大于室外。吸烟活动对重金属富集的贡献不容忽视。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 选题依据与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 不同粒径大气颗粒物对人体的危害
• 1.2.2 大气颗粒物粒径分布研究
• 1.2.3 不同粒径颗粒物对大气能见度影响
• 1.2.4 大气颗粒物重金属特征研究
• 1.2.5 大气颗粒物垂直分布特征研究
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 研究区域概况
• 2.1 开封市地理位置
• 2.2 开封市气候状况
• 2.3 开封市能源结构
• 2.4 开封市大气污染源分析
• 2.5 开封市大气颗粒物污染现状
• 3 大气颗粒物采样与分析测试
• 3.1 采样方案
• 3.1.1 采样地点
• 3.1.2 采样时间
• 3.1.3 采样仪器
• 3.1.4 采样点布局与气象监测
• 3.2 样品分析测试
• 3.2.1 大气颗粒物浓度测定
• 3.2.2 金属元素的测定
• 3.2.3 降尘粒度测定
• 4 大气颗粒物质量浓度垂直分布特征
• 4.1 不同季节颗粒物浓度分布特征
• 4.2 不同采样点颗粒物浓度分布特征
• 4.3 不同粒径颗粒物浓度分布特征
• 4.4 不同天气情况下颗粒物浓度垂直分布特征
• 4.4.1 大雾天气下颗粒物浓度分布特征
• 4.4.2 大风扬尘天气颗粒物浓度分布特征
• 5 大气颗粒物金属元素垂直分布特征
• 5.1 金属元素分布特征
• 5.2 富集因子分析
• 5.3 不同天气情况下颗粒物中金属元素分布特征
• 5.3.1 大雾天气下颗粒物浓度分布特征
• 5.3.2 扬尘天气下颗粒物中金属浓度分布特征
• 6 大气降尘垂直分布特征
• 6.1 降尘的粒径垂直分布特征
• 6.2 降尘中金属元素垂直分布特征
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢