沙塵暴期西安大氣顆粒物化學(xué)組成及吸濕性能小時(shí)變化特征

黃 耀，王格慧韓艷妮，成春雷，李建軍任艷芹，陳玉寶王佳媛

（1.中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

沙塵暴期西安大氣顆粒物化學(xué)組成及吸濕性能小時(shí)變化特征

黃 耀1，2，王格慧1，韓艷妮1，2，成春雷1，2，李建軍1，任艷芹1，2，陳玉寶1，王佳媛1，2

（1.中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

于2013年3月9—12日沙塵暴時(shí)期，在西安市運(yùn)用大流量大氣采樣器進(jìn)行每小時(shí)1次TSP樣品采集，對其進(jìn)行有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、無機(jī)離子及吸濕性能分析，同時(shí)利用ECOTECH公司EC系列氣體監(jiān)測儀，在線監(jiān)測NOx、SO2及O3等污染氣體，研究沙塵暴期間城市大氣顆粒物化學(xué)演化特征，探討硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽及鈉鹽等主要無機(jī)鹽的來源、形成機(jī)制及其對顆粒物吸濕性能的影響。結(jié)果顯示：此次沙塵暴期間有兩次沙塵峰值過境西安，TSP小時(shí)濃度最高分別達(dá)到7527 μg·m-3和3200 μg·m-3，同期分別為180 μg·m-3和38 μg·m-3。沙塵暴初入西安時(shí)3與濃度較低，其后，二者以1：1的摩爾比同步漸增，至沙塵過后第48小時(shí)（即非沙塵期）達(dá)最大值（分別為34 μg·m-3和8.7 μg·m-3）。整個觀測期間，均與Ca2+、Na+等強(qiáng)線性相關(guān)，沙塵期、Cl-與Na+的相關(guān)系數(shù)大于0.95，與的相關(guān)系數(shù)沙塵期為0.78。除O3外，CO、NOx、SO2等污染氣體的濃度變化趨勢均是在沙塵過境后逐漸升高。在沙塵期間Na+離子主要是以NaCl和Na2SO4的形式存在。而在整個觀測期，SO42-和Cl-主要以NaCl、Na2SO4和CaSO4的形式存在，其來源是戈壁上的干旱湖泊中的巖鹽、芒硝、石膏和鈣芒硝等礦物；但和主要來源于沙塵顆粒表面的非均相反應(yīng)，并以NH4NO3的形式存在。由于TSP樣品水溶性組分中大部分是無機(jī)離子，因此樣品水溶性組分顯示出了一定的吸濕性，且整個觀測期其吸濕增長因子變化范圍為1.27～1.44。

沙塵顆粒；總懸浮顆粒物；無機(jī)離子；氣態(tài)污染物；吸濕性

沙塵是大氣中顆粒物的主要成份之一，它既能夠通過吸收、反射太陽光來直接影響太陽輻射，也可以作為云凝結(jié)核（CCN）或者冰核（IN）（Jacobson，2001；Seinfeld et al，2004；Manktelow et al，2010）來影響云的形成，從而間接影響氣候。此外，沙塵還通過與人為污染物發(fā)生物理吸收及化學(xué)反應(yīng)變?yōu)閷θ梭w有害的物質(zhì)，并沉積在呼吸道，從而影響人體健康（Griff n et al，2001）。中國西部的塔克拉瑪干沙漠、蒙古南部和中國北部的戈壁灘是世界沙塵的主要源區(qū)之一（Arimoto et al，2004）。在每年的春天和初夏，這些區(qū)域的表面沙塵就會隨著大氣環(huán)流向下風(fēng)向傳輸（Seinfeld et al，2004），影響區(qū)域往往遠(yuǎn)及北美，有報(bào)道表明來自中國塔克拉瑪干的沙塵隨著大氣環(huán)流甚至可以繞地球一周（Uno et al，2009）。在傳輸過程中，礦物沙塵會不僅作為有效CCN和IN影響云的形成與演化，同時(shí)通過干濕沉降，對下游陸地和海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響（Wang et al，2013），這其中粉塵粒子的吸濕性能起著關(guān)鍵作用（Andreae and Rosenfeld，2008）。

西安位于中國黃土高原中部的關(guān)中盆地，是中國西北部最大城市，人口眾多，能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，人為污染物排放一直高居不下；同時(shí)，由于干旱、少雨、靜風(fēng)期長和盆地結(jié)構(gòu)等不利氣象和地理因素，導(dǎo)致大氣污染物不易清除和擴(kuò)散，使得西安長期面臨嚴(yán)峻的空氣質(zhì)量問題（Zhang et al，2002；王式功和周自江，2003）。尤其是在春末初夏，沙塵暴事件時(shí)有發(fā)生，進(jìn)一步加重西安乃至整個關(guān)中的空氣污染（王建鵬等，2004；王煒和方宗義，2004；寧海文等，2006）。國內(nèi)外有關(guān)東亞沙塵長城傳輸變化研究，大多集中在遠(yuǎn)離源區(qū)（沙漠和黃土高原）的中國東部沿海、西太平洋和北美洲西部，對沙漠源區(qū)以及附近等中國內(nèi)地的沙塵暴期間沙塵粒子的理化特性變化較少關(guān)。這些工作，一方面，在時(shí)間分辨率上大多基于12小時(shí)或更長時(shí)間的膜采樣來研究沙塵暴氣溶膠的化學(xué)特征，缺少高時(shí)間分辨率如小時(shí)時(shí)間尺度上的觀測，造成粉塵粒子與下游人為污染物相互作用的動力學(xué)認(rèn)識不足；另一方面，有關(guān)沙塵事件過程中大氣顆粒物吸濕性能的報(bào)道還不多見。針對上述現(xiàn)狀，我們于2013年春季在西安開展了沙塵暴觀測，在小時(shí)時(shí)間分辨率尺度上來研究近源區(qū)沙塵暴期間城市大氣顆粒物化學(xué)組成的演化特征，探討其來源、形成機(jī)制和吸濕性能變化。有關(guān)硫酸鹽和硝酸鹽等無機(jī)離子的來源、生成速率等研究結(jié)果已另處報(bào)道（Wang et al，2014），本文我們將進(jìn)一步比較沙塵暴前后氣固相污染物的組成與濃度變化，并探討顆粒物吸濕性能的變化特征。

1 樣品采集與分析

1.1 TSP樣品采集與分析

1.1.1 TSP樣品采集

使用武漢天虹公司生產(chǎn)的TH-1000H型TSP大流量采樣器（1.05 m3·min-1），于2013年3月9日18：00—3月12日10：00，在西安市高新區(qū)中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所三樓樓頂（距離地面約12 m）進(jìn)行采樣，每1 h采集一個大流量TSP樣品，共采集65個樣品。所有樣品均使用石英纖維濾膜（Whatman QM/A，England）采集。濾膜在采樣前，使用馬沸爐在450℃條件下灼燒6 h，以去除有機(jī)污染物。采樣前后石英濾膜均保存在-4℃冰箱中。

1.1.2 TSP樣品無機(jī)離子分析

從樣品濾膜剪取固定面積樣品放入PVC瓶中，再加入10 mL Milli-Q超純水，超聲萃取1 h（期間需加入冰塊保證水浴溫度接近0℃），隨后經(jīng)脫色搖床振蕩1 h。萃取后的水溶液用一次性針管和0.45 μm 的水系過濾器（德國MEMBRANA公司生產(chǎn)）過濾，濾后溶液置于離子色譜進(jìn)樣瓶中待測。最后使用Dionex-600型和Dionex-500型離子色譜儀分析陰陽離子。

1.1.3 TSP樣品OC、EC分析

使用DRI Model 2001熱光碳分析儀分析樣品中的有機(jī)碳OC（organic carbon）和元素碳EC（elemental carbon）。首先從樣品濾膜上截取0.526 cm2圓形濾膜片，然后采用熱光反射方法（interagency monitoring of protected visual environments-A，IMPROVEA）進(jìn)行分析。該方法的主要測試原理參考文獻(xiàn)Chow et al（2004，2007）。

1.2 氣態(tài)污染物分析

使用澳大利亞ECOTECH公司生產(chǎn)的氮氧化物分析儀（EC9841B），二氧化硫分析儀（EC9850B）和臭氧分析儀（EC9810B），在線儀監(jiān)測CO、NOx、SO2和O3等污染氣體。儀器流量設(shè)為0.5 L·M-1，24 h連續(xù)采樣，每5 min得到各污染氣體的平均濃度，三臺儀器的最低檢測限為0.4 ppbv。儀器在使用前均經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)氣體校正。為降低大氣顆粒物對儀器的影響，在采樣口處均裝有直徑47 mm的Nucleapore濾膜，過濾進(jìn)氣中的顆粒物，且一周更換一次濾膜。

1.3 顆粒物吸濕性分析

顆粒物吸濕性分析的前處理步驟與無機(jī)離子相同，先剪取固定面積樣品濾膜，然后用去Mill-Q超純水超聲萃取1 h，萃取液過濾后置于氣溶膠發(fā)生器中。最后使用美國MSP公司生產(chǎn)的吸濕性串聯(lián)差分電遷移率粒徑分析儀（hygroscopicity tandem differential mobility analyzer，HTDAM）在相對濕度RH=85％的條件下，測量氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的100 nm顆粒物吸濕前后的粒徑變化，計(jì)算其吸濕增長因子（Gf= Dwet/Ddry），該方法主要分析原理參考文獻(xiàn)（Swietlicki et al，2008）。選用濾膜萃取的方法而非在線觀測吸濕性的原因是，沙塵顆粒物粒徑大多遠(yuǎn)大于1 μm，但是HTDMA篩選的粒徑范圍是在1 μm以下，無法對大顆粒進(jìn)行在線采樣，而且大氣顆粒物的吸濕性主要和水溶性物質(zhì)有關(guān)。因此，本文采用樣品濾膜水萃取方法研究沙塵期顆粒物吸濕性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 TSP、OC、EC、無機(jī)離子及氣態(tài)污染濃度變化

西安采樣期間，沙塵暴出現(xiàn)的時(shí)間范圍是2013年3月9日 18：00—3月10日 14：00，期間TSP濃度出現(xiàn)兩次峰值，因此將沙塵期分為沙塵期Ⅰ（3月9日 18：00—3月10日 4：00，TSP濃度范圍1176～7527 μg·m-3）和沙塵期Ⅱ（3月10日5：00—16：00，TSP濃度范圍907～3137 μg·m-3），其后為非沙塵期。圖1為大氣總懸浮顆粒物（TSP）濃度及能見度時(shí)間序列變化。隨著風(fēng)速的減弱TSP含量逐漸降低，但是參照我國制定的日平均濃度應(yīng)低于300 μg·m-3的TSP濃度限值標(biāo)準(zhǔn)，沙塵期Ⅰ和沙塵期Ⅱ的TSP平均濃度分別為2737±1838 μg·m-3和1948±869 μg·m-3，遠(yuǎn)高于該標(biāo)準(zhǔn)。

研究表明，大氣中顆粒物是能見度降低的主要因素（Sequeira and Lai，1998；Watson，2002；Lee et al，2005）。對沙塵期的TSP濃度和西安地區(qū)水平能見度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析（見圖2），發(fā)現(xiàn)在沙塵期Ⅰ的時(shí)候，TSP濃度與能見度呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=0.75），但是在沙塵期Ⅱ時(shí)，負(fù)相關(guān)性不顯著。宋宇和邊海等人發(fā)現(xiàn)，大氣顆粒物通過消光而降低大氣能見度，并且能見度與細(xì)粒子質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出較好的負(fù)相關(guān)性，而與粗顆粒的相關(guān)性就較差，細(xì)粒子質(zhì)量濃度高低是決定能見度好壞的主要因子（宋宇等，2003；邊海等，2012）。根據(jù)NOAA的72小時(shí)后向軌跡圖判斷（見圖3），在沙塵期Ⅰ，即沙塵暴到達(dá)西安最初的14個小時(shí)，氣團(tuán)是從蒙古高原戈壁灘開始，由北往南成直線迅速穿過關(guān)中盆地到達(dá)西安，并吹散西安本地污染物，所以在沙塵期Ⅰ大氣中主要是粗顆粒，而在沙塵期Ⅱ時(shí)，氣團(tuán)最后是途經(jīng)西安東部才到達(dá)的，這樣就使得上風(fēng)向城市韓城、渭南和華陰的污染物被攜帶至西安，導(dǎo)致大氣中細(xì)顆粒比例增加（Wang et al，2014）。因此推測造成沙塵期Ⅱ時(shí)TSP濃度與能見度無呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的原因是，沙塵期Ⅱ大氣中細(xì)粒子占多數(shù)，此時(shí)能見度的降低可能主要是由細(xì)粒子所引起。

圖1 TSP濃度及能見度時(shí)間序列變化圖Fig.1 Temporal variability of TSP and visibility

圖2 沙塵期Ⅰ（3.9 18：00—3.10 4：00）A 和 沙塵期Ⅱ（3.10 5：00—3.10 16：00）BTSP濃度與能見度相關(guān)性Fig.2 Relationship between TSP and visibility during dust storm Ⅰ （A） and Ⅱ （B）

如圖4所示，沙塵期Ⅰ、沙塵期Ⅱ及非沙塵期OC的平均濃度分別為92±61 μg·m-3，71±41 μg·m-3，46±14 μg·m-3；EC的平均濃度分別為0 μg·m-3，16±10 μg·m-3，9.7±3.7μg·m-3。在沙塵暴過后EC濃度逐漸恢復(fù)到西安地區(qū)典型濃度水平4～10 μg·m-3（周變紅等，2013；李建軍等，2009）。EC是化石燃料或生物質(zhì)不完全燃燒所直接排放出的含碳顆粒（劉新民等，2002）。從氣團(tuán)軌跡圖可以看到，沙塵期Ⅰ和沙塵期Ⅱ氣團(tuán)的源頭均是蒙古高原戈壁灘，其人為污染源較少，在沙塵期Ⅰ強(qiáng)風(fēng)稀釋作用下，出現(xiàn)EC濃度低于檢測限的情況。而在沙塵期Ⅱ，EC濃度顯著增高的原因與前文所述的沙塵期Ⅱ時(shí)能見度與TSP負(fù)相關(guān)性較差的原因是一致的，即此時(shí)由于氣團(tuán)到達(dá)西安之前運(yùn)移路徑的改變，使得氣團(tuán)里混有西安上風(fēng)向韓城、渭南等城市的大氣污染物。

圖3 沙塵期Ⅰ（3.9 18：00—3.10 4：00）A 和 沙塵期Ⅱ（3.10 5：00—3.10 16：00）B 72小時(shí)NOAA后向軌跡圖Fig.3 72 h-Backward trajectories of air masses arriving in Xi'an during the dust storm （A） and non-dust storm （B） periods

圖4 沙塵期和非沙塵期OC、EC平均濃Fig.4 The average concentration of OC and EC in the dust storm Ⅰ，dust storm Ⅱ and non-dust storm periods

圖5是沙塵期與非沙塵期TSP離子組成對比，從中可以看出：對于陽離子 K+、Mg2+、Ca2+平均濃度變化不大，濃度在沙塵暴過后增高了約一倍，而Na+濃度則逐漸降低。對于陰離子，F(xiàn)-平均濃度變化不大，濃度逐漸增加，而Cl-、濃度逐漸降低。從摩爾百分比也可以看出：沙塵期與非沙塵期的離子組成有顯著差別，在沙塵期Ⅰ和Ⅱ，陽離子以Na+為主，陰離子以為主，而到了非沙塵期，陽離子以為主，陰離子以為主。

運(yùn)用SPSS對整個觀測期各離子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析（見表1和表2），發(fā)現(xiàn)在沙塵期Ⅰ和Ⅱ期間，Na+與Cl-、離子的相關(guān)系數(shù)R分別為0.97、0.98，呈線性強(qiáng)相關(guān)，說明其有共同來源。資料顯示：我國的芒硝礦（Na2SO4·nH2O，n=0或者10）主要分布在青海、內(nèi)蒙、西藏、新疆等地區(qū)，以第四系現(xiàn)代鹽湖芒硝為主（宣之強(qiáng)，1994）。從72小時(shí)氣團(tuán)后向軌跡圖可以看出沙塵暴在傳輸?shù)轿靼驳穆吠菊媒?jīng)過了內(nèi)蒙地區(qū)，因此推測在沙塵期Na+離子主要以NaCl和NO4的形式存在；而到了非沙塵期Na+與F-、 、離子的相關(guān)系數(shù)R均小于0.35，表明沙塵過后，顆粒物可能主要來自當(dāng)?shù)?，此時(shí)Na+與F-、Cl-、具有不同來源。

圖5 沙塵期和非沙塵期陰陽離子平均濃度及摩爾百分比Fig.5 Averaged concentrations and molar ratios of inorganic ions during the dust storm Ⅰ，dust storm Ⅱ and non-dust storm periods

2.2 氣態(tài)污染濃度變化

圖6是整個采樣期間氣態(tài)污染的小時(shí)變化時(shí)間序列圖。從圖6a中可以看出，沙塵期CO濃度在400 ppbv以下，非沙塵期在500 ppbv以上，其中在早上8：00—10：00出現(xiàn)了三次峰值，這是由于上班高峰期交通排放所致，由于強(qiáng)風(fēng)速的稀釋作用，沙塵期Ⅰ期間CO的濃度最低，均值為200 ppbv左右，約為沙塵期Ⅱ的一半。有研究表明西安大氣中的SO2主要來自城市及其周邊地區(qū)燃煤電廠的排放，由圖2b可以看出，在整個觀測期間SO2濃度成逐步升高趨勢，最高值出現(xiàn)在沙塵暴過境后（即非沙塵期）的中午時(shí)分，近80 ppbv。與SO2相反，O3濃度沙塵期要高于非沙塵期，最高濃度出現(xiàn)在沙塵期Ⅰ夜晚凌晨以后（見圖6b）。由于強(qiáng)風(fēng)的稀釋作用和夜晚排放降低，此時(shí)NO濃度接近于0（圖6c），因而O3與NO反應(yīng)生成NO2所導(dǎo)致的O3損耗最低，再加上夜晚大氣邊界層降低，從而導(dǎo)致O3在沙塵期Ⅰ夜晚出現(xiàn)峰值。沙塵后期，NO與O3反應(yīng)生成NO2的累積作用，導(dǎo)致NO2濃度和沙塵期相比，逐步上升（圖6c）。

表1 沙塵期各離子的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 1 Pearson correlation coeff cient of each ion in dust storm period

表2 非沙塵期各離子的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson correlation coeff cient of each ion in non-dust storm period

2.3 顆粒物吸濕性特征

顆粒物的吸濕性能與其來源、大小和化學(xué)組成有關(guān)。圖6是整個采樣期間西安大氣顆粒物中水溶成份的吸濕增長因子Gf及吸濕參數(shù)κ時(shí)間變化序列。結(jié)果顯示：沙塵期Ⅰ、沙塵期Ⅱ及非沙塵期吸濕增長因子（Gf）的平均值分別為1.39±0.03，1.34±0.1，1.40±0.03。同時(shí)，從圖6顯示的吸濕增長因子時(shí)間變化序列圖也可以看到吸濕增長因子主要集中在1.35～1.4，偶爾出現(xiàn)上下波動的情況。這些均表明了沙塵期和非沙塵期氣溶膠水溶性組分的吸濕性能無明顯差異。

根據(jù)Petters和Kreidenweis提出的κ-K?hler理論，相對濕度可以通過上述公式利用吸濕增長因子計(jì)算對應(yīng)的吸濕參數(shù)κ，其中Dd為吸濕前的顆粒物直徑，D為吸濕后的顆粒物直徑，σs/a、Mw、ρw分別為水的表面張力、分子量、密度（Petters and Kreidenweis，2007）。Petters and Kreidenweis（2007）還指出，吸濕參數(shù)κ的值在0.5～1.4時(shí)，表明顆粒物具有很高的云凝結(jié)核活性，在水蒸氣低過飽和度的情況下就可以活化成為云凝結(jié)核，如氯化鈉；而在0.01～0.5時(shí)，說明顆粒物具有一定的吸濕性，κ值越大吸濕性越強(qiáng)；當(dāng)κ=0時(shí)，顆粒物不具有吸濕性，如不溶于水的礦物顆粒、煤煙顆粒等。同時(shí)Andreae等人認(rèn)為，平均來看，大陸氣溶膠顆粒的吸濕參數(shù)κ趨向于0.3，而海洋氣溶膠顆粒的吸濕參數(shù)κ趨向 于 0.7（Andreae and Rosenfeld，2008；Rose et al，2010）。在用κ-K?hler理論計(jì)算后，我們發(fā)現(xiàn)整個采樣期間顆粒物的吸濕參數(shù)κ的范圍為0.21～0.38，其中絕大部分是在0.3左右，并且沙塵期與非沙塵期西安大氣顆粒物水溶性組分的κ變化不大，表明顆粒物吸濕性能無顯著差別，這是因?yàn)樯硥m期和非沙塵期，水溶性物質(zhì)主要由NaCl、Na2SO4、NH4NO3組成，它們的吸濕性能相近。上述結(jié)果也與Andreae等人的報(bào)道相一致，說明沙塵期氣溶膠也具有一定的吸濕性。如前文所述，沙塵源區(qū)表土中含有芒硝、氯化鈉、鈣芒硝等可溶性鹽，此外，在長距離傳輸過程中，NOx、SO2、NH3等氣體在粉塵表面發(fā)生非均相反應(yīng)形成可溶性鹽，導(dǎo)致其吸濕性進(jìn)一步提高。尤其是沙塵暴傳輸至我國東部沿海地區(qū)，由于該地區(qū)大氣中存在高濃度NOx以及相對較高的濕度，上述非均相反應(yīng)會進(jìn)一步增強(qiáng)，從而進(jìn)一步提高沙塵粒子的吸濕性，使其更易活化為云凝結(jié)核，從而對包括西太平洋在內(nèi)的下風(fēng)向地區(qū)的大氣輻射、降水等產(chǎn)生影響。

圖6 氣態(tài)污染物小時(shí)變化序列圖Fig.6 Temporal variability of gaseous pollutants

圖7 吸濕增長因子Gf及吸濕參數(shù)κ時(shí)間變化序列Fig.7 Temporal variability of hygroscopic growth factor （Gf） and hygroscopic parameters （κ）

3 結(jié)論

（1）沙塵期Ⅰ期間TSP與能見度顯著相關(guān)，此時(shí)沙塵大顆粒是影響能見度的主要因子，沙塵期Ⅱ期間，由于西安東部城市人為細(xì)粒子影響增強(qiáng)，沙塵大顆粒與能見度無明顯相關(guān)。

（2）顆粒物化學(xué)組成相關(guān)性表明：沙塵期間，TSP中Na+離子主要是以NaCl和Na2SO4的形式存在，其主要來源可能是沙漠源區(qū)干涸鹽湖和表土，而在整個觀測期尤其是沙塵暴過境后的非沙塵期離子主要是以NH4NO3的形式存在。（3）與非沙塵期相比，沙塵期NO與O3反應(yīng)形成NO2的作用減弱，導(dǎo)致O3在沙塵期Ⅰ夜晚凌晨以后出現(xiàn)最大值，并遠(yuǎn)高于非沙塵期。

（4）整個觀測期間內(nèi)，西安大氣顆粒物水溶性組分的吸濕性能無顯著變化，吸濕參數(shù)κ為0.21～ 0.38，表明沙塵粒子也具有一定的吸濕性，這是因?yàn)樯硥m粒子本身含有一定量的水溶性無機(jī)鹽。

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Hourly characteristic of chemical composition and hygroscopic property of TSP in Xi'an during dust storm

HUANG Yao1，2，WANG Ge-hui1，HAN Yan-ni1，2，CHEN Chun-lei1，2，LI Jian-jun1，REN Yan-qing1，2，CHEN Yu-bao1，WANG Jia-yuan1，2
（1. Institute of Earth Environment，Chinese Academy of Sciences ，State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology，Xi'an 710061，China； 2. University of Chinese Academy of sciences，Beijing 100049，China）

High-volume TSP samples collected hourly from 9 to 12 September 2013 at an urban site of Xi'an were analyzed for organic carbon （OC），elemental carbon （EC），inorganic ions and hygroscopicity，along with the on-line measurements of CO，NOx，SO2and O3. The purpose of this work was to investigate the chemistry evolution of urban atmospheric particles during the dust storm period，the main source and formation mechanism of sulfate，nitrate，ammonium and sodiumsalts and their impact on the hygroscopicity of dust. The results showed that during the sampling period there were two dust storms peaks arriving over Xi'an with the hourly concentrations of TSP being 7527 μg·m-3and 3200 μg·m-3andbeing 180 μg·m-3and 38 μg·m-3，respectively. Concentrations ofandwere almost undetectable at the beginning hour of the dust storm occurring in the city，but both continuously increased with a molar ratio of 1：1 and reached up to 34 μg·m-3and 8.7 μg·m-3within 48 hr after the dust storm leaving Xi'an . During the whole sampling period，and Cl-strongly correlated with Ca2+and Na+（r2＞0.95），whilecorrelated well with（r2＞0.78）. Concentrations of CO，NOxand SO2increased after the dust storm event except O3. During dust storm period，Na+mainly existed as NaCl and Na2SO4. In the whole observation periodand Cl-in the samples largely existed as the chemical forms of NaCl，Na2SO4and CaSO4，derived from water-soluble salts in the dried lakes of Gobi desert such as halite，mirabilite，gypsum and glauberite. However，andin the samples were mainly derived from heterogeneous reactions on the dust surface and existed as NH4NO3. Due to the dominant contribution of the salts above to the inorganic ions of the samples，water-soluble fraction of the TSP samples showed a similar hygroscopicity with a hygroscopic growth factor ranging from 1.27～1.44 during the whole campaign.

Dust particles； TSP； inorganic ions； gaseous pollutants； hygroscopicity

A

1674-9901（2015）01-0043-10

10.7515/JEE201501006

2014-09-17

國家杰出青年科學(xué)基金（4132514）

王格慧，E-mail：wanggh@ieecas.cn