大气气溶胶酸度的研究进展

1 大气气溶胶酸度对大气环境与人体健康的影响
大气气溶胶酸度对大气环境 、大气化学反应和 人类健康均有很重要的影响 。大气气溶胶酸度较高
第一作者 :王峰威 ,男 ,1981 年生 ,硕士 ,主要从事城市大气气溶胶的研究 。# 通讯作者 。 3 国家自然科学基金面上项目 (No . 20677054) ;国家“973 计划”项目 (No . 2005CB422208 、No . 2005CB422203) 。
王峰威等 大气气溶胶酸度的研究进展
大气气溶胶酸度的研究进展 3
王峰威1 ,2 李 红1 # 柴发合1 钱 枫2 王宗爽1 邓利群1 ,3
(1. 中国环境科学研究院 ,北京 100012 ;2. 北京工商大学化学与环境工程学院 ,北京 100048 ; 3. 北京林业大学环境科学与工程学院 ,北京 100083)
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环境污染与防治 第 32 卷 第 1 期 2010 年 1 月
时 ,其酸化缓冲能力往往较低 ,影响酸雨的形成 ;酸 雨对农作物 、森林 、土壤和水生生物会产生不利影 响 ,进而造成严重的经济损失 。 由于很多非均相大气化学反应过程受大气气溶 胶酸度的影响 ,所以大气气溶胶酸度在大气化学研 究中非常重要 。很多挥发性和半挥发性反应物及氧 化剂在大气气溶胶粒子中的浓度受大气气溶胶酸度 的影响 , HCl ( g) / Cl - 、HNO3 ( g) / NO3- 和 N H3 ( g) / N H4+ 在气体和气溶胶中的比例分配也受到大气气 溶胶酸度的影响[6 ]2835 。WILL IAM 等[8 ] 利用光化学 箱式模式 (MOCCA) 对海洋边界层 ( MBL ) 中海洋气 溶胶酸度 在 大 气 化 学 反 应 过 程 中 的 作 用 进 行 了 研 究 ,结果表明 ,在海洋大气边界层中 ,海洋气溶胶酸 度对大气中的氧化过程 、硫循环及海洋表层营养有 重要影响 ,当气溶胶滤液 p H 为 8. 0 时 ,大气中 S4 + 主要与臭氧反应而被氧化 ,当气溶胶滤液 p H 为 5. 5 时 ,S4 + 主要与 HOCl 反应而被氧化 。 分布在气溶胶细粒子中的强酸性物质长期在空 中漂浮 ,易形成灰霾 ,造成大气能见度降低 、酸沉降 , 危害人体健康 。通过对动物和人体的暴露研究发 现 ,酸性气溶胶粒子特别是细粒子中的强酸性组分 会损害人体的呼吸系统 ,引起气喘病 。
Keywords : at mo sp heric aero sol acidity ; influencing factors and changing rules ; determinatio n and calculation met hod ; sampling system
大气气溶胶对全球环境变化 、气候变化和人类 健康均产生着广泛影响 ,因此大气气溶胶越来越成 为科学研究的热点[1] 。大气气溶胶的环境效应 、气 候效应和健康效应均与气溶胶的物理化学性质直接 相关 ,其中大气气溶胶酸度是重要的性质之一 。大 气气溶胶酸度影响大气酸沉降的发生 ,从而对森林 等生态系统产生作用[2 ]25 ,[3]13 ,[4 ] ; 同时 ,大气气溶胶 酸度影 响 大 气 化 学 反 应 , 影 响 大 气 污 染 物 的 转 化[5 ]382 ,[6 ]2835 ;此外 ,酸性的气溶胶粒子易形成灰霾 , 导致大气能见度降低 ,危害人体健康[7] 。 鉴于大气气溶胶酸度研究的重要性 ,国内外研 究者从大气气溶胶的酸碱性成分含量 、季节和区域 分布特征 、大气气溶胶酸度对酸沉降及大气化学反 应的影响等方面对大气气溶胶酸度展开了研究 。结
大气气溶胶酸度呈现气溶胶粒子粒径越小 、酸 度越高 ,城区低 、郊区高 ,夏季高 、冬季低的一般规 律 ,但由于各地影响大气气溶胶酸度的决定因素不
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同 ,气溶胶酸度变化规律并不一致 。 2. 2. 1 大气气溶胶酸度的粒径分布规律
大气气溶胶酸度通常呈现出粒径越小 、酸度越 高的规律 ,主要是因为酸性前体物 SO2 和 NOX 氧化 生成的硫酸盐和硝酸盐二次气溶胶主要存在于粒径 较小的细粒子中 ,所以有机细粒子的酸度较高 。而 粗粒子主 要 来 源 于 土 壤 扬 尘 和 风 沙 扬 尘 等 自 然 过 程 ,通常 含 有 一 些 碱 性 物 质 , 因 此 粗 粒 子 的 酸 度 较低 。 [ 2 ]25 ,[ 11 ]4 很多地方的气溶胶细粒子为酸性 ,粗粒子为碱 性[12 ,13 ] 。但由于影响大气气溶胶酸度的主要源不 同 ,气溶胶酸度随粒径变化的特征也不同 。一些地 方的气溶胶粗粒子为酸性 ,细粒子为碱性[14 ] ,[15 ]178 。 我国南方为酸性土壤 ,粗粒子呈现酸性 ,北方为碱性 土壤 ,粗粒子呈现碱性 。HA ZI 等[16] 的研究表明 ,在 大气气溶胶粒径为 0～0. 38μm 时 ,大气气溶胶酸度 随粒径的增大而升高 ;在大气气溶胶粒径为 0. 38～ 1. 80μm 时 ,大气气溶胶酸度随粒径的增大而降低 。 2. 2. 2 大气气溶胶酸度的区域与季节分布规律
果表明 ,加强对大气气溶胶酸度的研究 ,有助于认清 大气气溶胶酸度在酸沉和大气化学反应中所起的 重要作用 ,从而更好地研究控制酸沉降污染 ,并有利 于提高对大气非均相化学反应机制的认识 。 笔者从大气气溶胶酸度对大气环境与人体健康 的影响 、大气气溶胶酸度的影响因素与变化规律 、大 气气溶胶酸度/ 酸化缓冲能力的测定与计算方法 、大 气气溶胶酸性成分采集系统等方面综述了国内外大 气气溶胶酸度研究进展 ,并对大气气溶胶酸度研究 未来的发展进行展望 。
摘要 大气气溶胶的环境效应 、气候效应和健康效应均与气溶胶的物理化学性质直接相关 ,其中大气气溶胶酸度是其重要的 性质之一 。大气气溶胶酸度对酸沉降 、灰霾的形成具有重要作用 ,并影响大气非均相化学反应 ,相关研究已成为国际研究的热点 。 对国内外学者近年来在大气气溶胶酸度对大气环境与人体健康的影响 、大气气溶胶酸度的影响因素与变化规律 、大气气溶胶酸度/ 酸化缓冲能力的测定与计算方法 、大气气溶胶酸性成分采集系统等方面的研究进展作了较系统的综述 ,并对大气气溶胶酸度研究未 来的发展进行了展望 。 关键词 大气气溶胶酸度 影响因素与变化规律 测定与计算方法 采样系统
B ROO K 等[17] 在 1992 —1994 年对加拿大安大 略湖 、魁北克省 、大西洋沿岸三省和范库弗峰地区大 气气溶胶酸度的研究表明 ,气溶胶细粒子酸度在海 滨区域最高 ,郊区次之 ,城市中心最低 。这是因为城 区的 N H3 浓度最高 ,郊区次之 ,海滨最低 ,导致气溶 胶酸性中和程度不同 。海滨地区多雾天气促使 SO2 更易转化为 H2 SO4 ,也是导致海滨地区气溶胶酸度 最高的一个原因 。 大气气溶胶酸度夏季高 ,冬春季较低[18] 。这可 能是因为 SO2 和 NOX在高温时易被氧化生成影响气 溶胶酸度的主要物质 H2 SO4 和 HNO3 ,并转化为气 溶胶粒子或吸附累积于气溶胶中 ,导致大气气溶胶 酸度夏季高 、冬春季低的规律[19221 ] 。 RAV I 等[22 ]1113 对香港地区的研究则发现 ,在香 港存在大气气溶胶细粒子酸度夏季最低 、秋季最高 的现象 。香港大气 PM2. 5 中主要的无机离子组分为 SO24 - 与N H4+ ,其中约 40 %来自于远距离传输的外 来源 。在春 、夏季 ,主要受来自海洋方向的远距离传 输的影响 ;在秋 、冬季 ,则主要受来自于中国大陆方 向的远距离传输的影响 。由于海洋方向传输来的气 团主要含有粗海盐气溶胶粒子 ,含有少量的SO24 - 与 N H4+ ,对香港大气气溶胶酸度影响很小 ; 而大陆方 向传输来的气团中SO24 - 与N H4+ 比例较高 ,气溶胶酸 度较高 ,因而导致了香港地区大气气溶胶细粒子酸
Abstract : The enviro nmental , climatic and healt hy impact of at mo sp heric aero sol is clo sely related to it s p hysi2 cal and chemical characteristics , acidity is o ne of t he important p roperties of aero sol. The st udy on aero sol acidity has received much attention at home and aboard. Base on t he comp rehensive literat ure review , t he paper p resented t he re2 cent research advancement s in aero sol acidity , including it s influencing factors , changing rules , t he determination and calculatio n met hod of aero sol acidity and t he sampling system for t he st udy of aero sol acidity. The current research stat us of aero sol acidity at home is simply int roduced , base o n which , t he f ut ure direction of t his aero sol acidity are p ut forward , such as t he st udy on dist ribution and o rigin of aero sol acidity , t he effect aero sol acidity on acid p recipita2 tion , haze , heterogeneo us at mo sp heric chemical and t he influencing mechanism.