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北京地区气溶胶酸性及精细化吸湿性研究

19、气溶胶与大气环境科学 > 专题4：气溶胶物理化学过程、新粒子生成

北京城市气象研究院赵普生研究员团队，于2013-2017年在华北地区系统开展了气溶胶精细化理化特征观测，基于气溶胶数谱（SMPS）、在线离子色谱（MARGA）、分级采样器（MOUDI）、加湿浊度计系统、HTDMA等设备观测结果，对区域气溶胶的pH值和吸湿性进行了全面分析和讨论。
结果表明北京地区四个季节PM2.5呈弱酸性，pH值分别为4.5±0.7 (冬季) > 4.4±1.2 (春季) > 4.3±0.8 (秋季) > 3.8±1.2 (夏季)。根据分级样品计算得到，秋季和冬季粗模态粒子的pH值大大超过积聚模态，接近甚至超过7。Ca2+对粗模态粒子pH值影响最大。重污染条件下，粗模态中二次离子比重加大，钙离子比重降低，使得粗模态的酸性明显增强。在华北地区，影响气溶胶pH值的主要因素是硫酸根，氨和温度，此外Ca2+在春天以及相对湿度在夏天也都是重要的影响因素。华北地区虽然氨呈过量状态，但PM2.5仍然呈现酸性。
通过对多种不同方法获取的气溶胶吸湿增长因子进行对比发现，利用分级化学组分结合κ-Köhler理论得到的吸湿增长因子(gκ(RH))与HTDMA观测的结果(gm(RH))符合较好，此外利用ISORROPIA-II后向模式计算气溶胶含水量进而计算得到的吸湿增长因子(giso-r(RH))也与直接观测的结果有很好的符合，但利用ISORROPIA-II前向模式，会对输入的各主要组分进行再分配，使得气溶胶中吸湿物质和吸湿性产生变化，即前向模式计算得到的吸湿增长因子(giso-f(RH))受到更多因素的影响，使得其具有更大的不确定性。
此外，通过对光室温度控制以及双水浴系统，实现了PM2.5光散射吸湿增长因子f(RH)的高分辨率以及高湿状态下(90%)的连续观测，并大大提升了观测的精度和准度。系统建立了不同季节及污染状况下f(RH)的参数化方案。评估发现在高湿状况下，气溶胶的吸湿性(κ)明显低于非高湿状况。