燃煤城市及其周邊地區(qū)“雙代”后大氣環(huán)境顆粒物的化學(xué)特征

牛紅亞，史瀝介，任秀龍，金 妞，王 碩，李淑嬌，胡偲豪，吳春苗，盧彥琦，樊景森，孫玉壯

(河北工程大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

邯鄲市位于河北省南部，與山西省、河南省、山東省毗鄰，是以燃煤為主的典型工業(yè)城市。冬季燃煤取暖，煤炭燃燒產(chǎn)生了大量細(xì)顆粒物，導(dǎo)致邯鄲市一直以來(lái)是大氣污染的頻發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)。2017-02-17，原環(huán)境保護(hù)部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)印發(fā)《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》，方案提出針對(duì)京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市進(jìn)行冬季清潔取暖改造工程，清潔取暖工程即氣代煤、電代煤(“雙代”)，是一項(xiàng)涉及廣大居民生活方式變革的重大民生工程。邯鄲市2015年實(shí)施“雙代”工程，并于2020年10月圓滿收官，累計(jì)完成清潔取暖改造151.98萬(wàn)戶，其中2018—2020年，清潔取暖改造總數(shù)為124.27萬(wàn)戶[10]。根據(jù)研究[11]，邯鄲市PM2.5質(zhì)量濃度呈現(xiàn)冬季高、夏季低的特征。筆者通過(guò)采集2018—2020年冬季邯鄲市及其周邊地區(qū)PM2.5的樣品，探究“雙代”工程實(shí)施期間以及完成后PM2.5中的水溶性離子和碳質(zhì)氣溶膠變化情況，最后運(yùn)用PCA，PSCF探討來(lái)源和潛在源，為更好地制定大氣污染控制政策提供依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 樣品采集

以邯鄲市及其周邊區(qū)域?yàn)橹?，具體采樣點(diǎn)位，采樣時(shí)間及樣品信息見表1和圖1。

表1 樣品采樣時(shí)間及有效樣品數(shù)量Table 1 Sampling period and effective samples

圖1 采樣點(diǎn)位置Fig.1 Sampling sites

邯鄲市采樣地點(diǎn)2018—2019設(shè)于原河北工程大學(xué)行政樓頂(國(guó)控點(diǎn)邯鄲市礦院監(jiān)測(cè)站)；2020年設(shè)于河北工程大學(xué)新校區(qū)科研樓樓頂；周邊區(qū)縣分別設(shè)于邯鄲市生態(tài)環(huán)境局魏縣分局樓頂、邯鄲市雞澤縣第一中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓樓頂(省控站)，點(diǎn)位周圍均無(wú)明顯的工業(yè)源，基本代表當(dāng)?shù)爻鞘协h(huán)境的污染情況。由于2018—2020年間清潔取暖改造戶數(shù)占總改造戶數(shù)的81.8%，因此本次研究采用2018—2020年邯鄲市采暖季4次污染過(guò)程的樣品數(shù)據(jù)，4次污染過(guò)程均包含清潔天和污染天(PM2.5質(zhì)量濃度>75 μg/m3)，以污染天為主。由于2019年學(xué)校搬遷，因此2019年新、老校區(qū)各選取1次污染過(guò)程(為方便后續(xù)描述，4次污染過(guò)程分別命名為A0，A1，A2，A3，見表1)，其中2020年采用12月的一次污染過(guò)程(A3)作為“雙代”工程后的數(shù)據(jù)，與2016年[11-12]及2017年[13-14]污染過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)行“雙代”工程實(shí)施過(guò)程中以及完成后PM2.5的化學(xué)特征研究。魏縣、雞澤縣作為周邊區(qū)縣，選用2020年冬季數(shù)據(jù)，與A3污染過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析。每天采集2套樣品，白天采集樣品以Day(D)表示(7：30—19：00)，夜間以Night(N)表示(19：30—次日7：00)，每份樣品采集時(shí)長(zhǎng)為11.5 h。

觀測(cè)期間采用石英膜及特氟龍膜(Teflon)，2018—2019年采用6通道空氣顆粒物采樣器采集PM2.5樣品，2020—2021年使用中流量采集PM2.5的樣品。其中6通道采用石英膜及特氟龍膜(切割頭直徑47 mm)，特氟龍膜用于分析PM2.5質(zhì)量濃度和水溶性離子，石英膜用于分析碳質(zhì)組分，中流量采用石英膜(切割頭直徑90 mm)。

1.2 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證

采樣前將石英濾膜放置于馬弗爐中550 ℃烘燒5.5 h去除雜質(zhì)。濾膜采樣前后均恒溫箱(溫度(25±0.5) ℃、濕度(30±5)%)中恒溫24 h以上，稱重時(shí)采用瑞士METTLER TOLEDO公司的精確度為十萬(wàn)分之一的電子天平(瑞士，XS205dualrange)上進(jìn)行2次稱量，若2次誤差在±20 μg之內(nèi)，取質(zhì)量均值，若超出，則重新稱量直至滿足誤差要求。采樣前后用鋁箔包裹采樣膜并密封，采樣后將樣品保存于-18 ℃冰箱內(nèi)待化學(xué)分析。采樣開始前和結(jié)束后分別采集空白樣品作為本底值。

1.3 分析方法

1.4 潛在源解析

潛在源貢獻(xiàn)分析法(Potential Source Contribution Function，PSCF)是一種通過(guò)計(jì)算污染軌跡與所有軌跡在途經(jīng)區(qū)域停留時(shí)間的比來(lái)指示每個(gè)網(wǎng)格對(duì)受點(diǎn)地區(qū)的污染貢獻(xiàn)的條件概率函數(shù)[15]。將區(qū)域劃分為i×j個(gè)水平分辨率為“0.5×0.5”的網(wǎng)格單元，第ij單元中的PSCF為

(1)

其中，nij為落入第ij個(gè)單元的端點(diǎn)數(shù)量；mij為同一單元內(nèi)源貢獻(xiàn)值高于任意設(shè)置的閾值的端點(diǎn)數(shù)量。為了減少有限點(diǎn)數(shù)的網(wǎng)格單元nij的不確定性，引入權(quán)重函數(shù)Wij，WPSCF計(jì)算公式見式(2)，Wij的計(jì)算公式見式(3)。

WPSCFij=PSCFij×Wij

(2)

(3)

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5質(zhì)量濃度特征

2.1.1 PM2.5的變化特征

2015—2020年冬季期間(12月、次年1月、2月)，PM2.5質(zhì)量濃度分別為(118.5±46.8)，(169.0±54.0)，(115.4±46.4)，(120.8±34.4)，(102.8±26.9)，(70.1±24.4) μg/m3，整體呈下降趨勢(shì)。其中中度-嚴(yán)重污染(PM2.5質(zhì)量濃度在115 μg/m3以上)出現(xiàn)的天數(shù)分別為37，62，30，45，33和16，優(yōu)良天比率分別為37.4%，17.8%，34.4%，31.1%，37.4%和60.0%，結(jié)合圖2(a)可以看出，在實(shí)行“雙代”工程期間，除2016年，中度污染及以上的污染天數(shù)有所下降，優(yōu)良天比率逐漸上升，“雙代”工程取得良好成效。2016年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度的升高，可能由于“雙代”工程實(shí)施之初，改造用戶較少，且根據(jù)研究顯示[16]，“煤改氣”對(duì)農(nóng)村居民普遍造成較大經(jīng)濟(jì)壓力，因此可能絕大多數(shù)農(nóng)村居民仍采用燃煤供暖。2017年8月邯鄲市人民政府發(fā)布市主城區(qū)全面禁煤的通告(有效期2 a)以及“雙代”工程的實(shí)施，使得2017年之后冬季PM2.5質(zhì)量濃度逐漸下降。

2018—2020年4次污染過(guò)程期間，PM2.5平均質(zhì)量濃度分別為(153.9±97.7),(164.5±78.7),(137.3±72.9)和(161.8±84.3) μg/m3，低于同季節(jié)北京(174.2 μg/m3)[17]、石家莊(263.3 μg/m3)[18]等城市，高于鄭州(114.5 μg/m3)[6]、杭州(79.8 μg/m3)[19]、青島(61.0 μg/m3)[20]等城市。超出我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中PM2.5二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日均限值(75 μg/m3)，屬于中度-重度污染，超標(biāo)0.8～1.2倍。其中日間(D)PM2.5質(zhì)量濃度為148.9,155.7,136.6,154.0 μg/m3，夜間(N)PM2.5質(zhì)量濃度為158.8,173.3,138.0,169.5 μg/m3?？梢姾愂幸归g污染水平高于白天，與2015—2016年新鄉(xiāng)市冬季呈現(xiàn)的白天污染水平高于夜間相反[21]。根據(jù)圖2(b)(4次污染過(guò)程以虛線隔開)顯示，4次污染過(guò)程中PM2.5峰值逐漸降低，出現(xiàn)PM2.5嚴(yán)重污染的天數(shù)明顯減少。雖然邯鄲市自2015年實(shí)施“雙代”工程以來(lái)，清潔取暖改造工程取得很大成功，但根據(jù)4次污染過(guò)程來(lái)看，高質(zhì)量濃度的PM2.5表明邯鄲市冬季仍存在較為嚴(yán)重的顆粒物污染現(xiàn)象。

圖2 2015—2020年冬季邯鄲市及4次污染過(guò)程中PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)Fig.2 Variations of PM2.5 mass concentrations in Handan and four pollution periods in winter from 2015 to 2020

2.1.2 PM2.5與氣象要素的相關(guān)性

PM2.5質(zhì)量濃度受多種因素影響，邯鄲作為重工業(yè)城市，本地源排放較高，此外，氣象條件及地形地勢(shì)等也是重要的影響因素。邯鄲地處華北平原，地勢(shì)西高東低，且冬季多靜穩(wěn)天氣，不利于污染物擴(kuò)散，易堆積，從而造成PM2.5污染。濕度較大時(shí)，顆粒物潮解后吸濕增長(zhǎng)導(dǎo)致粒徑增大，進(jìn)而引起顆粒物消光效率的大幅增加，當(dāng)大氣重污染事件發(fā)生時(shí)高質(zhì)量濃度的PM2.5往往伴隨著較高的相對(duì)濕度，導(dǎo)致能見度嚴(yán)重下降[22]。由圖3(越接近1或-1，相關(guān)性越強(qiáng))可以看出，4次污染過(guò)程中，PM2.5與溫度(T)和SO2相關(guān)性較弱，與NO2呈現(xiàn)出極強(qiáng)的相關(guān)性(0.81)，2者幾乎為同升同降，與相對(duì)濕度(RH)的相關(guān)性次之(0.56)。

圖3 相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis

2.2 PM2.5中各組分變化特征

2.2.1 水溶性離子

表2 PM2.5中水溶性離子質(zhì)量濃度Table 2 Water-soluble ion mass concentrations in PM2.5 μg/m3

陰離子當(dāng)量濃度AE(Anion Equivalent)與陽(yáng)離子當(dāng)量濃度CE(Cation Equivalent)的比可反映PM2.5的酸堿性，若比值大于1，則說(shuō)明呈現(xiàn)酸性；反之，則為堿性[23]。其計(jì)算公式為

(4)

(5)

式中，c為離子質(zhì)量濃度，μg/m3；AE和CE分別為陰離子和陽(yáng)離子的當(dāng)量濃度，μmol/m3。

Cl-是除SNA外，質(zhì)量濃度最高的離子，煤的燃燒將存在于細(xì)顆粒物中的Cl-被排放至大氣中。因此Cl-通常被視為煤燃燒的重要示蹤物[29]，根據(jù)研究[12-13]，邯鄲市2016年和2017年冬季Cl-質(zhì)量濃度分別為(7.5±4.7)，(9.9±3.5) μg/m3，4次觀測(cè)期間，Cl-質(zhì)量濃度分別為(5.8±4.1)，(6.1±3.2)，(5.8±2.8)，(3.9±3.6) μg/m3，表明邯鄲市“雙代”工程實(shí)施過(guò)程中，燃煤大幅減少，至“雙代”后，Cl-質(zhì)量濃度下降48.0%，但是仍高于2017年重慶市[30]冬季(1.8 μg/m3)、2018年洛陽(yáng)市[5]冬季(高新(3.4±1.8) μg/m3、林校(3.9±1.9) μg/m3)的Cl-質(zhì)量濃度。

2.2.2 碳質(zhì)氣溶膠

碳質(zhì)氣溶膠是PM2.5的主要組成部分，通常以O(shè)C和EC的形式存在。4次污染過(guò)程中OC質(zhì)量濃度均值依次為40.8，47.2，28.9，25.6 μg/m3，在PM2.5中分別占比26.5%，28.7%，21.0%，15.8%；EC質(zhì)量濃度均值為4.4，1.5，1.4，1.6 μg/m3，在PM2.5中分別占比2.9%，0.9%，1.0%，1.0%。其中，“雙代”工程后污染期間(A3)，OC質(zhì)量濃度低于2016，2017年[11,14]邯鄲市(35.6，37.1 μg/m3)冬季，但仍高于同季節(jié)駐馬店市(18.2 μg/m3)[31]和鄭州市(21.8 μg/m3)[32]；EC質(zhì)量濃度低于2016，2017年同季節(jié)邯鄲市(10.4，8.7 μg/m3)、駐馬店市(5.2 μg/m3)和鄭州市(7.5 μg/m3)?？偺?TC=OC+EC)均值分別為45.2，48.7，30.3，27.2 μg/m3，結(jié)合圖4，4次污染過(guò)程中，碳質(zhì)氣溶膠含量逐漸降低，相較于“雙代”工程實(shí)施初期(2016年)，碳質(zhì)氣溶膠在PM2.5中占比下降55.2%。

圖4 4次污染過(guò)程中碳質(zhì)氣溶膠日均質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)Fig.4 Variations of the daily average mass concentration of carbonaceous aerosols during the four pollution periods

OC由一次有機(jī)碳(POC)和二次有機(jī)碳(SOC)組成。本研究中POC和SOC質(zhì)量濃度采用LIM等[33]提出的元素示蹤法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

ρ(POC)=ρ(EC)×(ρ(OC)/ρ(EC))min

(6)

ρ(SOC)=ρ(OC)-ρ(POC)

(7)

式中，(ρ(OC)/ρ(EC))min為OC/EC質(zhì)量濃度比的最小值。

4次污染期間POC質(zhì)量濃度均值依次為26.1，12.3，6.5和7.6 μg/m3，SOC質(zhì)量濃度均值為15.0，34.9，22.4，18.0 μg/m3，從圖5知，POC和EC在TC中的占比，整體呈下降趨勢(shì)，而SOC呈上升趨勢(shì)。由于EC主要來(lái)自于生物質(zhì)、化石燃料(煤、石油、天然氣)等不完全燃燒[34]，POC由污染源直接排放，2者下降，說(shuō)明“雙代”工程實(shí)施，燃煤現(xiàn)象減少，直接排放對(duì)碳質(zhì)氣溶膠貢獻(xiàn)逐漸降低，SOC的貢獻(xiàn)突出。

圖5 4次污染期間PM2.5中碳質(zhì)氣溶膠占比Fig.5 Proportion of carbon components in PM2.5 during four pollution periods

ρ(OC)/ρ(EC)常被用作估算SOC和示蹤碳質(zhì)氣溶膠的排放源，當(dāng)ρ(OC)/ρ(EC)>2時(shí)，可認(rèn)為存在SOC污染[33]；同時(shí)也可以定性的判斷污染物來(lái)源，OC和EC污染源主要可分為機(jī)動(dòng)車尾氣排放(1.0～4.2)、燃煤排放(2.5～10.5)和生物質(zhì)燃燒(16.8～40.0)等[35]。研究期間的4個(gè)污染過(guò)程中ρ(OC)/ρ(EC)的均值依次為10.4,31.9,21.3,16.8，2016和2017年比值為4.4和4.9[11,14]，均大于2，表明邯鄲市存在嚴(yán)重的SOC污染。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2016,2017年的碳質(zhì)氣溶膠主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤排放，而2018—2020年除A0階段來(lái)自于燃煤排放，其余主要來(lái)自于生物質(zhì)燃燒，表明燃煤大幅減少。OC,EC之間的相關(guān)性可初步判斷其來(lái)源的一致性，根據(jù)表3可得，A0,A1階段顯著相關(guān)，其來(lái)源基本一致，而A2,A3階段相關(guān)性弱，2者來(lái)源不同。氣態(tài)污染物中NO2一般認(rèn)為來(lái)自于汽車尾氣，SO2則來(lái)自于含硫燃料的燃燒(煤、石油等)，生物質(zhì)燃燒也會(huì)排放SO2,NO2，有研究表明[36]，生物質(zhì)燃燒排放的NO2遠(yuǎn)高于SO2。并且水溶性離子中，K+可作為生物質(zhì)燃燒的標(biāo)志[37]。因此本次研究通過(guò)分析碳質(zhì)氣溶膠、氣態(tài)污染物和K+的相關(guān)性，判斷碳質(zhì)氣溶膠的形成和來(lái)源。根據(jù)表3，A0階段碳質(zhì)氣溶膠主要來(lái)自于煤炭、石油和生物質(zhì)燃燒；A1階段，OC、EC主要來(lái)自于生物質(zhì)燃燒；A2階段，OC主要來(lái)自于生物質(zhì)燃燒，由于EC與SO2,NO2,K+相關(guān)性均不強(qiáng)，且EC主要來(lái)自于生物質(zhì)，化石燃料(煤、石油、天然氣)等不完全燃燒[34]，結(jié)合“雙代”工程的實(shí)施，因此認(rèn)為，EC主要來(lái)自于天然氣燃燒；A3階段，OC主要來(lái)自于生物質(zhì)燃燒和機(jī)動(dòng)車源，EC主要來(lái)自于天然氣燃燒。

一些研究指出，SO2,NOx等是SOC的主要前體物，整體來(lái)看(表3)，SOC與NO2，K+呈顯著正相關(guān)，而與SO2的相關(guān)性減弱，在A2與A3階段，SOC的生成幾乎與SO2無(wú)關(guān)。說(shuō)明“雙代”工程實(shí)施期間，燃煤的減少，使得大氣中碳質(zhì)氣溶膠的來(lái)源發(fā)生了轉(zhuǎn)變。在4次污染期間，SOC主要來(lái)源由燃煤、生物質(zhì)燃燒和汽車尾氣逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)燃燒和汽車尾氣。根據(jù)2015年邯鄲市人民政府發(fā)布的燃煤鍋爐改造方案中的“煤改生物質(zhì)”，造成生物質(zhì)燃燒增加，且邯鄲市汽車保有量逐年上升，冬季多逆溫現(xiàn)象，不利于污染物擴(kuò)散，使SOC前體物大量積累，二次轉(zhuǎn)化為SOC，造成嚴(yán)重的SOC污染[38]。

表3 碳質(zhì)氣溶膠與氣態(tài)污染物及K+間相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of carbon components，gaseous pollutants and K+

2.3 邯鄲市周邊“雙代”工程后化學(xué)特征

2.3.1 PM2.5質(zhì)量濃度及組分特征

“雙代”后，魏縣和雞澤縣冬季采樣期間共獲得35個(gè)樣品，均為有效樣品，采樣期間PM2.5質(zhì)量濃度日均值分別為(123.5±47.3)μg/m3和(124.5±53.4)μg/m3，是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095—2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日均值(75 μg/m3)的1.6倍和1.7倍。

表4 水溶性離子質(zhì)量濃度Table 4 Mass concentration of water-soluble ions μg/m3

碳質(zhì)氣溶膠中，魏縣和雞澤縣OC質(zhì)量濃度分別為28.5 μg/m3和27.5 μg/m3，EC質(zhì)量濃度分別1.2 μg/m3和1.1 μg/m3，與A3相比(圖6)，邯鄲市碳質(zhì)氣溶膠質(zhì)量濃度高于其他2個(gè)采樣點(diǎn)，可能由于邯鄲市人口數(shù)量及汽車保有量逐年上升，其受到機(jī)動(dòng)車污染的情況更嚴(yán)重，從而造成此現(xiàn)象。根據(jù)式(6)，(7)得SOC質(zhì)量濃度分別為18.3 μg/m3和10.4 μg/m3，在OC中的占比為64.2%和37.8%。兩采樣點(diǎn)ρ(OC)/ρ(EC)分別為23.8和25.0，均大于2，在16.8～40.0，根據(jù)2.2.2節(jié)ρ(OC)/ρ(EC)分析，表明碳質(zhì)氣溶膠主要受生物質(zhì)燃燒影響，二次污染嚴(yán)重，與2.2.2節(jié)邯鄲市研究結(jié)果一致。表明“雙代”工程后，邯鄲市及其周邊區(qū)縣PM2.5中碳質(zhì)氣溶膠主要來(lái)自于生物質(zhì)燃燒。

圖6 碳質(zhì)氣溶膠組分比較Fig.6 Comparison of carbonaceous aerosol components

2.3.2 后向軌跡及潛在源分析

根據(jù)表5，邯鄲市、魏縣和雞澤縣，共有4條主要傳輸軌跡，其中，邯鄲市軌跡2和軌跡4均來(lái)自于西北方向，途經(jīng)內(nèi)蒙古西部、陜西北部、山西中部到達(dá)邯鄲市，傳輸路徑長(zhǎng)；軌跡3起源于內(nèi)蒙古中部，途經(jīng)陜西北部，河北西部；軌跡1起源于山西東南部，途經(jīng)河北南部到達(dá)邯鄲市，傳輸路徑短，貢獻(xiàn)最高(56.3%)。魏縣和雞澤縣起源于西北方向(蒙古和內(nèi)蒙古)的軌跡，其傳輸路徑與邯鄲市相似，傳輸路徑長(zhǎng)；魏縣軌跡2和雞澤縣軌跡1均起源于河北南部，傳輸路徑短，貢獻(xiàn)高(32.1%、38.2%)；兩縣區(qū)軌跡3均起源于渤海西部，途經(jīng)山東西北部，傳輸路徑較短。根據(jù)研究[39]，華北區(qū)域大氣污染過(guò)程主要受西南方向輸送的影響。由此看出，邯鄲市及其周邊區(qū)縣冬季主要受西南、西北兩方向的影響，其次為東北方向氣團(tuán)影響。

表5 后向軌跡聚類分析Table 5 Clustering analysis of backward trajectory

為了確定污染物的潛在來(lái)源，使用WPSCF反映潛在來(lái)源，如圖7所示(權(quán)重越接近1，表明該區(qū)域?qū)ρ芯繀^(qū)域污染物傳輸越嚴(yán)重)。邯鄲市WPSCF高值區(qū)域主要集中在河北省南部、山西省中部、陜西省以及河南省北部，WPSCF主要集中在0.4～0.8，特別是西北方向，WPSCF >0.7。魏縣WPSCF高值區(qū)域主要集中河北省南部、山東省西北部和河南省北部，WPSCF在0.2～0.7。雞澤縣WPSCF高值區(qū)域主要集中于河北省南部、山西省東部、河南省北部以及山東省西北部，WPSCF在0.3～0.9。整體來(lái)看，3個(gè)采樣點(diǎn)污染來(lái)源均較為集中，冬季不利的氣象條件(靜穩(wěn)天氣)以及邯鄲市地形條件(西依太行山)更加導(dǎo)致污染物不易擴(kuò)散。

圖7 不同采樣點(diǎn)PM2.5潛在源分析Fig.7 Potential source analysis on PM2.5

2.4 來(lái)源解析

表6 主成分旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣Table 6 Loading matrix of principal component rotation factor

根據(jù)上述分析，A2階段因子1為二次污染源、化石燃料燃燒和生物質(zhì)燃燒的混合源，其方差貢獻(xiàn)率為61.5%，因子2為土壤揚(yáng)塵；A3階段因子1為二次污染源和生物質(zhì)燃燒源，其方差貢獻(xiàn)率為51.2%，因子2為土壤揚(yáng)塵，因子3為天然氣燃燒源。魏縣因子1為二次污染源；因子2中Na+質(zhì)量濃度較高，Na+是海水中含量最高的陽(yáng)離子[34]，根據(jù)2.3.2節(jié)分析，此次污染過(guò)程中，來(lái)自于渤海的氣團(tuán)將Na+傳輸至魏縣，因此因子2為生物質(zhì)燃燒和海洋源的混合源。雞澤縣因子1中生物質(zhì)燃燒、燃煤源和二次污染源的混合源；因子2為揚(yáng)塵源；因子3為化石燃料燃燒源。綜上所述，“雙代”工程后，邯鄲市及其周邊區(qū)縣PM2.5中水溶性無(wú)機(jī)離子和碳質(zhì)氣溶膠的主要來(lái)源為二次污染源、生物質(zhì)燃燒和化石燃料燃燒。

3 結(jié) 論

(1)2015—2020年，邯鄲市冬季PM2.5質(zhì)量濃度由(118.5±46.8) μg/m3下降至(70.1±24.4) μg/m3，下降40.8%。2016—2020年，水溶性離子中，作為燃煤示蹤物的Cl-質(zhì)量濃度由(7.5±4.7) μg/m3下降至(3.9±3.6) μg/m3，下降48.0%。其次碳質(zhì)氣溶膠也呈下降趨勢(shì)，在PM2.5中OC,EC占比分別下降45.9%和86.7%。

(2)“雙代”工程后，冬季采樣期間，邯鄲市、魏縣和雞澤縣SNA占水溶性離子85.3%以上，且3個(gè)采樣點(diǎn)SOC質(zhì)量濃度分別為18.0，18.3和10.4 μg/m3，在OC中占比70.3%，64.2%和37.8%，表明研究區(qū)域“雙代”工程后二次污染嚴(yán)重。

(3)后向軌跡顯示，邯鄲市主要受來(lái)自于山西的西南方向氣團(tuán)影響，兩縣區(qū)更多受到周邊地區(qū)的短距離傳輸和來(lái)自蒙古方向的長(zhǎng)距離傳輸影響。潛在源結(jié)果表明，除受本地源影響外，其次影響研究區(qū)域的潛在源區(qū)主要為山西省中部、河南省北部和山東省西北部。

(4)源解析結(jié)果表明，二次污染源為邯鄲市主要污染源。隨著“雙代”工程的實(shí)施，水溶性離子中，移動(dòng)源(汽車尾氣)的貢獻(xiàn)逐漸替代固定源(燃煤源)；碳質(zhì)氣溶膠中，生物質(zhì)燃燒源的貢獻(xiàn)逐漸突出，反映了“雙代”工程取得良好的成效。