2013～2017年中國重點區域顆粒物質量濃度和化學成分變化趨勢

對大氣顆粒物濃度及其化學組分精準觀測有助於探究大氣霾汙染的成因與來源解析，評價環境空氣品質控制策略的合理性。中國科學院大氣物理研究所王躍思研究員和北京大學張遠航院士等在《中國科學：地球科學》發表文章，基於CARE-China觀測網中中國重點區域典型站點大氣PM2.5膜採樣和分不同粒徑段顆粒物採樣及化學成分數據，結合同期中國環境監測總站發布的環境空氣品質數據，評估分析了中國2013~2017年《大氣汙染防治行動計劃》實施期間，全國及重點區域大氣顆粒物質量濃度的變化及其相應化學組成的演變。研究結果表明:

(1) 研究期內，中國環境空氣顆粒物年平均濃度整體呈明顯下降趨勢，但仍有64%的城市PM2.5年平均濃度未達到中國現行標準(GB3095-2012)。太行山東麓、汾渭平原和新疆烏昌等地區大氣PM2.5濃度負荷依然較高，秋冬季重霾汙染頻發。

圖1 2013~2017年全國及重點區域(74城市)PM2.5年平均濃度及其變化率

(2) 秋冬季重汙染期間，顆粒物中硫酸鹽（SO42 ）和有機物（OM）質量濃度下降明顯。京津冀、珠三角、成渝和汾渭平原地區PM2.5中SO42 平均濃度分別下降了76%、12%、81%和38%; OM平均濃度分別下降70%、44%、48%和31%; 銨鹽（NH4+）平均濃度分別下降68%、1.6%、38%和25%。EC平均濃度在京津冀和成渝分別下降84%和20%，在珠三角和汾渭平原地區分別上升61%和11%; 礦塵及未解析的化學成分(MI)平均濃度在京津冀、珠三角和汾渭平原地區下降了70%、24%和13%。PM2.5中化學成分的變化量，總體上與PM2.5質量濃度的下降量相一致。以京津冀地區為例，如圖2所示：北京地區大氣PM2.5主要由OM、SO42 、硝酸鹽（NO3 ）和NH4+等構成。近年來，北京秋冬季PM2.5質量濃度下降明顯，特別是2017以來較2013年大幅下降。PM2.5的各種化學組分濃度也呈現出不同程度的下降，尤其是OM和SO42 。從2013秋冬季到2017年秋冬季，OM濃度從39μg/m3下降到12μg/m3，下降了70%，SO42 濃度從17μg/m3下降到8.7μg/m3，下降了50%。NO3 和NH4+濃度下降幅度有限，從2013秋冬季到2017年秋冬季分別下降了13μg/m3和10μg/m3。從各組分在PM2.5中的佔比來看，NO3 的佔比則呈現明顯的上升趨勢，佔比從2013年秋冬季的23%上升到2017年秋冬季的30%，超過顆粒有機物成為已鑑定化合物中佔比最高的組分。OM佔比下降，2013秋冬季至2017年秋冬季，OM佔比從33%下降到26%；SO42 和NH4+的佔比略有上升，總體呈現平穩趨勢。

圖2 北京地區秋冬季節PM2.5中化學組分的年際變化(a)和年際間的下降率(b)

(3) 相比2013年，2015年京津冀、長三角、珠三角和成渝地區粗顆粒物中OM平均濃度下降46~57%，MI分別下降31~60%和39~73%，是顆粒物濃度下降的最主要因素。其中，2013~2015年京津冀地區，不同粒徑段化學組分中，粗粒徑段峰值降低顯著，並且隨著不同粒徑段中顆粒物質量濃度的降低，其SO42 、NO3 和NH4+的細粒徑段峰值從0.65~1.1μm轉移到更細的0.43~0.65μm粒徑段，表明汙染減輕會對各化學組成的粒徑分布特徵造成影響，其中液滴模態(0.65~1.1μm)二次無機鹽的降低最為顯著（圖3）。

圖3 2013~2015年京津冀地區不同粒徑段顆粒物化學成分濃度變化