摘要
颗粒物是北京市主要的大气污染物之一，其中细粒径部分(如PM2.5和PM1)对能见度和人体健康的影响尤为显著。近年来，北京市相继实施了一系列的大气污染防治措施，然而随着经济的快速发展和能源消耗的不断增加，北京市大气颗粒物污染问题仍较为突出，其中PM2.5和PM1的化学组分及其来源复杂，城区与郊区的污染特征差异显著，有必要针对北京市不同地区、不同粒径颗粒物的化学组分和来源开展对比研究。 本文基于2019年最新采样监测数据，研究选取了北京市内的车公庄采样点(代表城区)、大兴黄村采样点(代表南部郊区)以及怀柔城南采样点(代表北部郊区)，对比分析了各季节代表月份(1、4、7和10月)不同粒径大气颗粒物(PM2.5和PM1)的质量浓度和化学组分变化规律。在此基础上，利用PMF模型分别对各站点颗粒物的来源进行了解析，并对比分析了不同颗粒物来源的时空分布特征。此外，本文还利用HYSPLIT模型定性识别了不同季节北京市大气PM2.5的主要区域输送路径，并结合WRF-CMAQ模式定量计算了周边地区对北京市大气PM2.5贡献。 颗粒物采样数据分析结果表明:(1)从季节变化来看，PM2.5和PM1质量浓度在城区和南郊站点均为冬季最高(60.66μg/m3和65.20μg/m3;49.47μg/m3)，夏季最低(32.80μg/m3和30.32μg/m3;21.23μg/m3)，而北郊站点春季最高(44.02μg/m3;28.76μg/m3);从空间变化来看，PM2.5和PM1质量浓度南郊站点最高(48.90μg/m3和32.73μg/m3)，城区站点次之，北郊站点最小(36.81μg/m3和22.79μg/m3);从PM1/PM2.5质量浓度比值来看，各站点比值范围在0.50-0.75之间，表明北京市大气PM2.5中小于1μm的细颗粒所占比重较大;(2)各站点PM2.5和PM1中OC、EC和SOC浓度均为秋冬季高于春夏季节，其中，冬季OC和SOC浓度在南郊最高，分别为15.98μg/m3和10.76μg/m3，12.59μg/m3和9.69μg/m，EC浓度在城区最高(4.32μg/m3)，而在夏季，碳质各组分浓度均在南郊最低。各碳质组分浓度占PM1总质量浓度的比例均高于其在PM2.5中的比例，其中OC和SOC的占比均在春季最低(15.28％和12.56％)，而EC的占比在夏季最低(3.71％);(3)各站点PM2.5和PM1中水溶性离子浓度，从空间变化来看，城区站点最高(24.51μg/m3)，南郊站点次之(21.36μg/m3和13.74μg/m3)，北郊站点最低(15.37μg/m3和10.03μg/m3);从季节变化来看，PM2.5中水溶性离子浓度在城区春季最高(28.42μg/m3)，南北郊区则在秋季最高(24.97μg/m3和19.83μg/m3)，PM1中其浓度在南郊区冬季最高(20.24μg/n3)，在北郊区春季最高(13.09μg/m3)。水溶性离子主要组分为NO3-、SO42-和NH4+，其中NO3-浓度在春秋季节较高，在夏季最低，而SO42-在夏季浓度值最高，NH4+受时空影响较小。PM2.5和PM1中除SNA外，其他粒子占比存在一定差异，在冬季PM1中几乎不存在Ca2+、Mg2+和F-，在春季PM2.5中Ca2+浓度占比大于PM1中的占比，在秋季PM1中K+浓度占比大于PM2.5;(4)PM25和PM1中无机元素浓度，从季节变化来看，冬春季节浓度大于夏秋季节。无机元素主要包括地壳元素和微量元素，地壳元素的浓度在春季最大，空间变化呈由北到南递减的趋势，而微量元素的空间变化与之相反。在冬春季节，PM2.5中的地壳元素浓度明显高于PM1。PM1中地壳元素和微量元素浓度相差不大，甚至在冬季，微量元素浓度大于地壳元素。相对PM2.5，PM1中＜0.1μg/m3元素浓度有所升高，其中，痕量元素的富集因子值极大，说明其主要来源于人为污染，可能造成较高的潜在生态风险。 PMF模型源解析结果表明:全年来看，扬尘源、二次源和机动车对PM2.5和PM1贡献相对较大，分别为29.40％和25.23％、29.32％和39.88％、15.85％和25.54％。在冬季，燃煤源贡献最为显著，南郊站点(31.13％和39.29％)大于城区(21.23％)大于北郊(17.88％和28.05％);在春季，北部郊区土壤尘对PM2.5贡献最大(34.38％)，明显高于另外两地，而城区内二次硝酸盐对PM2.5贡献最大(25.56％);在夏季，二次硫酸盐对PM2.5和PM1贡献在各地均最大(30.20％-42.00％和47.69％-54.47％);在秋季，二次硝酸盐和道路扬尘贡献较大。此外，在夏秋季节，城区的建筑尘贡献显著高于郊区。工业源和土壤尘对PM2.5的贡献率明显高于其对PM1的贡献率，而燃煤源、机动车和建筑尘对PM1的贡献率则高于其对PM2.5的贡献率。 HYSPLIT模型分析结果表明:北京市的PM2.5的传输路径主要来自西北、东北和东南方向。整体来看，冬春秋三季北京多受到来自西北和北部气流的影响，多属于长距离输送;而夏季常受到东南方向气流的影响，近距离输送居多。 WRF-CMAQ模型计算结果显示:北京市各季节PM2.5的贡献率为外来输送高于本地排放，北京市的本地贡献为25％-48％，区域传输在52％-75％。河北省是对北京PM2.5贡献最多的地区。
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