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四川省三个森林地区二次有机气溶胶组成与变化规律的研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究进展

1.2.1 二次有机气溶胶的形成机制

1.2.2 二次有机气溶胶形成的影响因素

1.2.3 环境中二次有机物的变化特征

1.3 研究目的和意义

2 材料与方法

2.1 研究目标

2.2 研究内容

2.3 技术路线

2.4 实验材料与方法

2.4.1 采样地点概况

2.4.2 实验材料

2.4.3 样品采集

2.4.4 样品分析

2.4.5 实验质量控制与保证

2.5 数据分析处理方法

2.5.1 GC/MS测定结果的分析

2.5.2 基础数据的分析

3 结果与分析

3.1 样品测定结果

3.2 色谱图

3.3 三个森林地区气溶胶中SOA的分析

3.3.1 异戊二烯光氧化产物

3.3.2 α-/β-蒎烯光氧化产物

3.3.3 小分子羧酸

3.3.4 倍半萜光氧化产物

3.3.5 单糖和糖醇

3.3.6 脱水糖类

3.4 三个森林地区的痕量气体及气象条件

3.4.1 攀枝花苏铁自然保护区的痕量气体及气象条件

3.4.2 贡嘎山自然保护区的痕量气体及气象条件

3.4.3 卧龙自然保护区的痕量气体及气象条件

3.5 三个森林地区的极性有机物的变化规律

3.5.1 攀枝花颗粒物中极性有机物的变化趋势

3.5.2 贡嘎山颗粒物中极性有机物的变化趋势

3.5.3 卧龙颗粒物中极性有机物的变化趋势

3.6 三个森林地区的OC/EC比值及极性有机物对OC的贡献

3.6.1 三个森林地区的OC/EC比值及OC来源分析

3.6.2 三个森林地区的有机物对OC贡献及OC来源分析

4 讨论与结论

5 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文成果等

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摘要

二次有机气溶胶有诸多危害,如降低能见度,影响全球气候变化,影响全球气温分布,危害人类健康等;正是由于这些危害,二次气溶胶越来越受到人们的关注。本研究于2011~2012年夏季采集四川省攀枝花苏铁自然保护区、贡嘎山国家级自然保护区和卧龙国家级自然保护区的PM2.5样品,应用混合溶剂对样本进行提取,并进行三甲基硅醚衍生化反应和GC/MS分析。研究的目的旨在探讨三个森林地区二次气溶胶的组分、浓度水平及随时间的变化规律。主要研究结果如下:
  (1)攀枝花、贡嘎山和卧龙24h气溶胶样品中异戊二烯光氧化产物的平均浓度分别为51.2、109.5和61.7 ng·m-3,α-/β-蒎烯光氧化产物的平均浓度分别为16.1、1.5和6.5 ng·m-3,小分子羧酸(包括苹果酸和2-羟基戊二酸)的总平均浓度分别为17.3、4.3和35.0 ng·m-3,β-石竹酸的平均浓度分别为1.7、0.09和0.11 ng·m-3,单糖和糖醇的总平均浓度分别为107.5、36.7和65.6 ng·m-3,脱水糖类化合物的总平均浓度分别为120.0、16.0和102.0 ng·m-3,OC的平均浓度分别为20.3、2.9和9.3μg·m-3。
  (2)异戊二烯和单萜是主要的二次气溶胶前体物。本研究中,三个采样点的异戊二烯光氧化产物—2-甲基苏阿醇与2-甲基赤藻醇之间均存在良好的相关性,不同异丁烯三醇异构体与异丁烯三醇之间也都表现出良好的相关性。攀枝花和贡嘎山24h样品中α-/β-蒎烯光氧化产物—3-羟基戊二酸、3-羟基-4,4-二甲基戊二酸和3-甲基-1,2,3-丁三酸三者两两之间有较好的相关性;但是卧龙24h样品中只有3-羟基戊二酸与3-羟基-4,4-二甲基戊二酸呈现出相关性,3-甲基-1,2,3-丁三酸与3-羟基-4,4-二甲基戊二酸和3-甲基-1,2,3-丁三酸与3-羟基戊二酸之间没有表现出相关性。卧龙24h样品中上述三个α-/β-蒎烯光氧化产物之间相关性较弱可能与采样期间较低的光合有效辐射值有关。
  (3)攀枝花气溶胶样品中2-甲基丁四醇的浓度表现出昼高夜低的变化规律,但2-甲基甘油酸和异丁烯三醇表现出夜高昼低的变化趋势。卧龙和贡嘎山的异戊二烯光氧化产物均呈现出的昼高夜低的变化规律。但相对于卧龙,贡嘎山采样期间PM2.5样本中,各个异戊二烯氧化产物昼夜变化规律不明显,昼夜平均浓度值较为接近,这可能与采样点海拔位置较高,大气边界层运动影响显著有关。另外,α-/β-蒎烯光氧化产物在三个采样点样品中呈现出不同的昼夜变化规律,攀枝花、贡嘎山和卧龙采样期间初级氧化产物(降蒎酸)占总的α-/β-蒎烯光氧化产物的比值分别为0.13、0.15和0.77;排放植物分布点距离不同以及环境因子的差异对α-/β-蒎烯光氧化产物的分布和昼夜变化规律有很大的影响。
  (4)攀枝花24h样品中的异戊二烯、α-/β-蒎烯和β-石竹烯氧化产物对OC的贡献分别为1.6%、0.3%和0.4%;贡嘎山24h样品中的异戊二烯、α-/β-蒎烯和β-石竹烯氧化产物对OC的贡献分别为24.4%、0.2%和0.1%;卧龙24h样品中的异戊二烯、α-/β-蒎烯和β-石竹烯氧化产物对OC的贡献分别为4.3%、0.3%和0.05%。此外,攀枝花24h样品中的生物质燃烧和真菌孢子对OC的贡献分别为6.5%和0.7%;贡嘎山24h样品中生物质燃烧和真菌孢子对OC的贡献分别为5.5%和3.4%;卧龙24h样品中的生物燃烧和真菌孢子对OC的贡献分别为11.1%和1.8%。本研究通过分子标志物法计算出的气溶胶有机物来源组成包括异戊二烯、α-/β-蒎烯和β-石竹烯氧化产物、生物质燃烧和真菌孢子,这些来源分别解释了攀枝花、贡嘎山和卧龙24h气溶胶样品中OC的9.5%,33.6%和17.5%。
  (5)贡嘎山采样点海拔较高,远离居民区,较少受到人为活动的影响,采样期间监测得到的OC和EC浓度(0.4μg·m-3)均较低,天然源SOA所占比例较高,且人为来源的生物质燃烧标志物——左旋葡聚糖的浓度很低(13.0ng·m-3)。贡嘎山可作为研究区域内一个很好的背景采样点。

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