北京郊区秋季灰霾天气下细颗粒物化学成分及其混合特征研究

于2014年11月在北京郊区利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)高时间分辨率观测了大气中细颗粒物的化学成分。通过Art-2a对单颗粒化学成分进行分类,主要包括8类颗粒物:有机碳(OC)、元素碳(EC)、元素碳有机碳(ECOC)、钾二次颗粒(K-Sec)、钠钾二次颗粒(NaK-Sec)、矿尘颗粒(Dust)、左旋葡聚糖颗粒(Lev)、含铅颗粒(Pb)。清洁期(2014年11月5日15:00至2014年11月15日0:00, PM_2.5平均质量浓度27.4μg/m^3)和灰霾期(2014年11月19日0:00至2014年11月30日10:00, PM_2.5平均质量浓度116.4μg/m^3)对比研究发现,清洁期OC颗粒占比最高,占总颗粒数的33.0%,其次是EC和ECOC颗粒,分别占总颗粒数的29.7%和16.4%;灰霾期OC颗粒物显著增加,比例高达46.1%,其次是ECOC,增至22.4%,而EC颗粒降至18%。此外,灰霾期二次组分HSO_4~–、NO_3~–的信号强度与二次组分数浓度均大于清洁期,表明灰霾期无机盐(HSO_4~–、NO_3~–)在颗粒物中的贡献增大。通过分析相对湿度与SO_2、NO_x和含硫酸盐、硝酸盐颗粒之间的关系,发现含硫酸盐和硝酸盐颗粒数浓度随环境湿度增加而增加,表明液相反应对硫酸盐生成有促进作用,同时相对湿度的增加可能对硝酸盐的形成有一定的贡献。混合状态分析表明,含碳气溶胶与HSO_4~–和NO_3~–的混合程度较强,与铵盐混合程度较弱。研究结果反映二次气溶胶形成特别是有机物颗粒的增加对于北京市灰霾形成具有重要的贡献。     

不同天气类型广东大气超级站细粒子污染特征初步研究

2012年5月至7月期间,以广东大气超级监测站为观测平台,利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)和其他多种环境监测仪器对大气污染现象进行高时间分辨的长期连续观测。以能见度和相对湿度为参考,将天气类型划分为2次灰霾、1次暴雨和多次晴朗天气过程。观测结果表明,SPAMS捕获的颗粒物数浓度与PM2.5和PM1的相关性(R2)分别达到0.538和0.448,呈现出一定的相关性。大气颗粒物浓度在不同天气条件下,浓度变化较大,其中,灰霾天气下,PM2.5和PM1浓度最大小时均值分别达到0.132 ng/m3和0.094 ng/m3。观测结果表明,粒径处于600~800 nm的细颗粒物对该区域的灰霾形成过程起了最为关键的作用。该地区的大气颗粒物类型主要可分为7种:元素碳(EC)、有机碳(OC)、元素-有机碳混合(ECOC)、大分子有机碳(HMOC)、海盐(Na-K)、富钾颗粒(K-rich)和富铅颗粒(Pb-rich)。灰霾天气,各类型颗粒物数量浓度均有一定程度的增加,其中以EC和K-rich的增加最为明显。分析表明,第一次灰霾主要是由于大气光化学反应起到主导作用,而生物质燃烧又增大了灰霾程度;第二次灰霾过程,生物质燃烧产生的影响更大。     

太原市灰霾期间黑碳气溶胶形貌与成分分析

为掌握太原市冬季灰霾发生期间黑碳气溶胶形貌特征和化学成分变化特点,分别于2011-12-30T08:00至2012-01-01 T 04:00和2018-11-25 T 08:00至2018-11-27 T 04:00灰霾发生期间在山西大学环境与资源学院楼顶使用MAY七级冲击式颗粒采样器每隔4h采集空气动力学直径分别为0.25～0.5μm、0.5～1.0μm以及1～2μm的大气单颗粒分析样品,运用带超薄窗口能谱仪的扫描电镜(JEOL JSM-6390)测定了样品中4330个颗粒的二次电子像及X射线能谱,通过基于蒙特卡罗模拟程序的定量电子探针微区分析技术对每个颗粒的元素原子浓度进行了计算,并对颗粒进行了分类与计数。共检测到6类颗粒,分别是矿物尘、碳质颗粒、钠盐颗粒、二次颗粒、富铁颗粒和其他,其中黑碳气溶胶数量相对丰度在2011和2018年样品中平均为26.8%和34.2%。按照伸长率(E)、纵横比(R)、是否与其他物质结合等将其分为伸展型、支链型、嵌入或粘附型和团聚型4种,反映了黑碳颗粒不同的老化过程。2011年样品中团聚型和支链型数量较多,而2018年样品中伸展型和嵌入型多于团聚型和支...     

北京市春夏季大气气溶胶的单颗粒分析表征

采集了北京市2000年春夏季大气气溶胶样品5个，采用扫描电镜X射线能谱技术分析大气气溶胶单颗粒约2500个。研究结果表明，沙尘期间，矿物尘是最主要的颗粒物种类，非沙尘期间，北京市大气气溶胶中主要检出矿物尘和含硫颗粒物。夏季随着颗粒物污染的加重，含硫颗粒物的数目百分数增加。是北京市大气颗粒物污染的重要特征。重点讨论了Ca-S颗粒、K-S颗粒和Ca-K-S颗粒三类典型含硫颗粒物的化学组成和粒径分布特征。数目可观的Ca-K-S颗粒以及其他硫酸盐颗粒的生成与相对湿度和云量等气象条件相关，这些颗粒物可能是云中过程的产物。减少SO2排放，减少含硫颗粒物，对于控制北京市的大气颗粒物浓度水平具有重要意义。     

中国主要河流的颗粒有机碳来源及通量

河流系统是连接陆地和海洋的纽带,在全球碳循环中起着重要的作用。河流中的颗粒有机碳（POC）主要由来源于土壤和植被的生物有机碳和来源于岩石的化石有机碳组成,POC的侵蚀、搬运、氧化和埋藏对不同时间尺度的碳循环有着重要的意义。本研究统计了我国31条主要河流（包括台湾12条）的POC含量、碳同位素和悬浮物通量等数据,获得生物POC和化石POC的年通量,探讨了我国河流POC来源和通量的控制因素。结果表明,这些河流的POC的来源和通量表现出明显的差异：黄河和长江侵蚀大量的年老生物POC,而台湾河流主要为化石POC;我国河流POC来源与通量主要受控于物理侵蚀、气候、地质地貌和人类活动等因素的影响。这些河流的流域面积占我国国土面积的47%,近10年其生物POC和化石POC的总年通量分别为4.25±0.78Mt C/a和2.04±0.22Mt C/a,各占世界河流通量的2.7^+1.3/_-0.9%和4.7^+6.6/_-2.8%,表现出对全球海洋有机碳的一定贡献。过去几十年,我国河流输沙量显著减少,改变了河流有机碳氧化和水库埋藏过程及通量,其过程和通量的进一步监测和研究对理解有机碳侵蚀、输运、氧化和埋藏及其在全球碳循环中的作用至关重要。

     

青藏高原气溶胶单颗粒类型及粒度分布

应用场发射扫描电镜(FESEM)对青藏高原纳木错综合观测站和香格里拉本底站2011年7～8月份不同天气情况下收集的气溶胶样品进行研究。结果表明,区域内气溶胶单颗粒类型主要包括烟尘集合体、球形颗粒(焦油球、燃煤飞灰)、似球形颗粒、矿物颗粒、生物颗粒等,香格里拉的球形颗粒中出现了飞灰颗粒,而纳木错样品中没有。纳木错气溶胶颗粒的数量-粒度峰值和体积-粒度峰值分别出现在0.2～0.3 μm和1～2.5 μm,矿物颗粒数量和体积最多,分别占44.4%和61.7%。香格里拉气溶胶颗粒的数量-粒度峰值和体积-粒度峰值都呈现双峰分布,主峰均分布在>2.5 μm范围,矿物颗粒数量和体积最多,分别占51.7%和58.7%。细粒子和粗粒子分别为纳木错和香格里拉气溶胶的主要类型。纳木错气溶胶中矿物颗粒最多,数量百分比为44.4%,其次为烟尘集合体(29.5%)和球形颗粒(26.1%),香格里拉气溶胶中矿物颗粒数量百分比为51.7%,其次为球形颗粒(29%)和烟尘集合体(19.3%);纳木错气溶胶总颗粒物主要分布在0.2～0.3 μm粒径范围中,数量百分比为32.59%,其中矿物颗粒最多(15%),其次为球形颗粒(11.5%)和烟尘集合体(6.1%)。香格里拉气溶胶颗粒物主要分布在>2.5 μm粒径范围中,数量百分比为37.5%,其中矿物颗粒最多(17.9%),其次为球形颗粒(10%)和烟尘集合体(9.6%)。     

北京市区冬季颗粒态有机硝酸酯的污染特征与生成

有机硝酸酯是二次有机气溶胶的重要组分,对区域氮循环有重要意义。本次研究于2018年冬季在北京市区采集大气细颗粒物样品并测定5类主要有机硝酸酯的含量。结果显示,5类有机硝酸酯(包括单萜烯羟基硝酸酯、蒎烯羰基硝酸酯、柠檬烯羰基硝酸酯、油酸羰基硝酸酯和油酸羟基硝酸酯)的总浓度范围为127～528 ng/m³,对二次有机气溶胶的平均贡献为5.6%,昼夜浓度基本相当。其中,单萜烯羟基硝酸酯的含量最高,平均占比高达41%。灰霾期间有机硝酸酯浓度明显升高,相关性分析表明,燃煤和机动车排放的NO_x对有机硝酸酯浓度有显著促进作用。利用基于观测的盒子模型模拟了单萜烯羟基硝酸酯的生成速率,发现OH自由基和NO₃自由基氧化分别是白天和夜间单萜烯羟基硝酸酯的主要生成途径,但模拟值普遍低于计算值,推测模型中的生成机制可能有一定缺失。结果表明,人为活动会影响有机硝酸酯的二次生成,削减NO_x和臭氧有利于降低有机硝酸酯的大气浓度。     

2013年1月京津唐地区霾事件气溶胶单颗粒形貌及硫酸盐化特征

2013年1月华北地区经历了重霾过程,为研究其污染特征,使用透射电子显微镜(TEM)及能谱(EDX)对北京、唐山和天津晴天和霾天气下气溶胶单颗粒基本形貌和硫酸盐化特征进行了分析。结果表明,华北地区气溶胶单颗粒包括矿物颗粒、硫酸盐颗粒、金属氧化物、烟尘集合体、有机颗粒和飞灰,仅在天津市样品中发现少量的Na Cl颗粒。对单颗粒的元素组成进行统计表明,华北地区晴天以富Si颗粒为主(31.0%),其次为富Ca颗粒(18.3%)、富Fe颗粒(14.1%)、富Cl颗粒(12.2%)等,霾天以富S颗粒为主(47.4%),其次为富Si颗粒(21.1%)和富Fe颗粒(13.4%)等。霾天气富Ca颗粒明显减少,同时在含S较高的颗粒中也含有Ca、K等元素,说明大气中含Ca、K等碱性矿物对雾水酸性有一定的缓冲作用。不同天气含S颗粒差异较大,霾天气明显高于晴天,S/Ca平均值在霾天明显较高,且大于0.8,说明在一定的SO2浓度下,大气湿度越大,硫酸盐化现象越明显,生成大量的硫酸铵盐。     

北京、郑州和深圳三城市空气中气溶胶单颗粒特征的扫描电镜分析

分别采集北京、深圳和郑州3个城市气溶胶样品,使用场发射扫锚电镜-能谱仪观察气溶胶单颗粒的显微形貌和元素组成,并利用图像分析系统对PM2.5的粒径进行了分析。结果表明,城市气溶胶单颗粒类型以矿物颗粒、烟尘和球形颗粒(飞灰和二次粒子)为主。对比3个城市气溶胶中不同颗粒类型数量百分比发现,矿物颗粒数量最多的城市是北京,飞灰和烟尘数量最多的城市是郑州,而规则矿物颗粒数量最多的城市是深圳。3个城市气溶胶单颗粒的数量-粒径分布均呈单峰分布。深圳气溶胶中颗粒物的粒径相对较小,其次为郑州、北京。3个城市气溶胶中颗粒物来源不同程度上都受到交通污染源影响,而燃煤源对北京和郑州气溶胶中颗粒物来源影响仍然不容忽视。     

基于单颗粒质谱研究云雾水和降雨中颗粒物的化学成分

气溶胶可作为云凝结核或冰核参与云雾和降水的形成。然而,现有研究大多以云雾水和降雨中的水溶性组分为研究对象,对于难溶性组分的认识还十分有限。本研究于2017年5～6月在广东天井山观测站(24°41′56″N,112°53′56″E,海拔1690m)采集了21个云雾水和9个雨水样品,利用单颗粒气溶胶质谱直接分析其中的单颗粒化学成分。通过聚类分析发现:(1)海盐、矿尘颗粒和生物气溶胶对云凝结核和冰核的贡献较高(数量占比为67.3%～75.1%)。结合气团轨迹分析发现,海盐气溶胶经长距离的内陆输送后仍是重要的云凝结核和冰核;(2)云雾水和雨水中颗粒类型差异较大,云雾水中海盐(35.7%)、有机物(12.1%)、有机胺(8.0%)及Fe(6.4%)的贡献更大,而雨水中矿尘(35.6%)、与有机物混合的黑碳颗粒(18.9%)的贡献高,反映了气溶胶形成暖云和混合相云过程的差异。     

中国北方典型中小盆地城市大气颗粒物污染特征及趋势对比

分析了2014～2018年北方5个典型中小盆地城市(兰州、银川、临汾、太原、南阳)PM₁₀与PM_2.5的浓度变化特征和大致来源类型。除2018年银川PM_2.5浓度外,各市PM₁₀和PM_2.5年均浓度均超标;兰州、银川和南阳PM₁₀与PM_2.5呈逐年下降趋势,南阳下降最明显;临汾PM₁₀与PM_2.5呈逐年上升趋势;太原PM₁₀与PM_2.5稳定维持在一个高浓度状态。5个城市颗粒物浓度的季节变化特征一致:冬春高、夏秋低。对PM_2.5/PM₁₀值而言,冬季和夏季该比值较高,分别受取暖和降水的影响;春季和秋季该比值较低,分别受沙尘和秸秆焚烧及高强度建筑施工的影响。5市PM_2.5和PM₁₀浓度具有良好的线性关系,细颗粒占比大小顺序为临汾>南阳>太原>银川&...     

Organic geochemical characteristics of time-series settling particles in northern South China Sea and their implications

Organic carbon, total nitrogen, amino acids, sugars, and chlorophyll were determined in < 1 mm fractions of the samples collected by successive large aperture time-series sediment traps (Honjo-Mark M) in northern South China Sea during September 1987 to October 1988. The ratio of C/N and the relative abundance of amino acids and sugars show that organic matter in the settling particles from northern South China Sea is derived mainly from marine plantkon (especially phytoplankton). The organic carbon fluxes in our sediment traps are lower than those in other sediment traps. But the relative contents of C_org/total particulate matter are generally similar to those in the Panama Basin, Arabian Sea and Subarctic Pacific. It is suggested that monsoon-caused changes of physical and chemical conditions in the upper euphotic layer would control the fluxes of organic matter as well as its composition and transport in northern South China Sea. This project was financially supported by both Sino-German Scientific Cooperation Program and National Natural Science Foundation of China (No. 49070269, 49776297).     

Spatial and temporal variation of organic carbon in the northern South China Sea revealed by sedimentary records

Three sediment cores were taken from the Pearl River estuary and adjacent northern South China Sea (SCS). These sediment cores span the time interval 1900–2000 AD. The stratigraphy of the concentration, the ratio of total organic carbon (TOC) to total nitrogen (TN) and stable isotope (δ¹³C_org) of organic carbon (OC) from three high-resolution sediment cores were analyzed. The stratigraphic profiles of OC concentration, TOC/TN ratios and δ¹³C_org for the near past 100 yrs indicate that terrestrial organic matter decreases from 68.3% to 27.4% of the TOC in the Pearl River estuary, while Dapeng Bay (offshore east of Hong Kong) apparently had throughout little terrestrial organic matter input. The highest deposited OC occurs at the Humen River mouth and the OC concentrations are higher in the outer estuary than in the inner shelf of the northern SCS. The deposited OC at the River mouth increased with time, which could be caused by the high precipitation of land-derived organic matter and the high input of terrestrial organic matter, which is likely related to the rapid urbanization and industrial development in the Pearl River Delta since the 1970s. The OC concentrations did not exhibit an obvious increase with time in most areas of the Pear River estuary and adjacent inner shelf of the SCS, but the algal-derived OC concentration inferred from the δ¹³C_org values increased with time especially from 1980 to 2000 in the outer Pearl River estuary and Dapeng Bay. This increase is presumably caused by enhanced primary marine productivity supported by higher anthropogenic nutrient inputs.     

中国北方主要产铀盆地砂岩型铀矿成矿年代学研究

本文通过用铀矿石的U—Ra平衡系数修正样品的铀含量，再进行U—Pb等时线拟合，获得了北方主要产铀盆地的实际成矿年龄：伊犁盆地为12Ma、5～6Ma、1～2Ma；吐哈盆地为48Ma和28Ma；巴彦塔拉凹陷为7Ma；鄂尔多斯盆地东胜地区为107Ma。对含矿砂体中的碎屑钻石与相应蚀源区中酸性火成岩类的锆石U—Pb同位索年龄进行对比，发现含矿砂体的物质成分直接来自中酸性火成岩类的剥蚀产物。该物源是形成富铀砂体的物质基础。通过对蚀源区岩石和盆地含矿地层不同部位砂体岩石样品的U—Pb同位索体系演化特征的研究，论证了可地浸砂岩型铀矿的铀源主要来自两方面，一是蚀源区活性铀含量高的中酸性火成岩类，另一是已经发生铀预富集的沉积砂体。     

南极冬季威德尔海冰脊的表面形态

基于2006年南极威德尔海冬季科学考察期间由机载激光测高仪测得的海冰上表面高度数据,以脊高和脊距的理论与实测概率密度的相对误差之和为性能指标,以切断高度为控制变量建立优化模型。结果表明,W'80型分布和对数正态分布分别与实测脊高和脊距分布吻合较好;最优切断高度为0.62 m。进而从海冰表面起伏中确定出冰脊。利用k均值聚类算法以冰脊强度(R_i)为标准将剖面分为3类(R_i≤0.01, 0.01< R_i≤0.026和R_i > 0.026)。对应各类剖面分别有:平均脊高为0.99 m,1.12 m和1.17 m;平均脊距为232 m,54 m和31 m。利用数学模型估算并分析了多脊冰平均厚度、有效厚度,帆横截面积及冰脊所占面积,这些参数值均随冰脊强度增大而增大。     

南海北部陆缘热流变化特征及其影响因素分析

热流调查和构造热演化数值模拟是油气地热研究不可或缺的重要内容。沉积盆地在其演化过程中往往叠加了特殊构造事件。通过热流调查和构造热演化数值计算可以更好地约束这些特殊过程,重建更为真实的构造热演化历史。该文通过对南海北部琼东南盆地和珠江口盆地中段热流变化特征分析和构造热演化数值模拟,探讨了影响其热流变化的主要因素。结果表明,琼东南盆地可分3个热流分区:北部陆架与上陆坡区(50~70mW/m~2)、中央坳陷带深水区(70~85mW/m~2)和盆地东部深水区高热流带(85mW/m~2);珠江口盆地中段从陆架往海盆方向热流呈阶梯式抬高,西江凹陷平均热流为55mW/m~2,番禺低隆起为58mW/m~2,白云凹陷为70mW/m~2,下陆坡区为85mW/m~2;陆坡区高热流不仅与岩石圈强烈减薄相关,而且还受到岩石圈破裂时引起的深部热物质上涌的影响,后者对现今陆坡区还有约20mW/m~2的热流贡献;琼东南盆地东部高热流值则主要受到晚中新世以来的岩体侵位热事件的影响,岩体侵入热事件对现今热流值贡献可达10~25mW/m~2。分析表明,在南海深水盆地开展构造热演化数值计算时,需要考虑沉积过程、海底扩张以及岩浆活动等影响因素。     

Sedimentary environments of organic matter from Middle Permian source rocks in northern Xinjiang, China

1IntroductionThe formation of the Junggar,Turpan and Ili ba-sins is ascribed to Hercynian orogeny between theJunggar and Tianshan Mountains during the MiddlePermian.The rock assemblage of thick and stable sedi-mentary dark muddy shales interbedded with th…     

Physical and chemical properties of sound-producing and soundless sand particles from booming sand dunes,northern China

This study here is the result of a comparative study of the geomorphic features, grain size distribution, major mineral components, and micro-textures of sound-producing and soundless sands from three geoparks in north China, and discusses the possible causes of this naturally occurring, physical phenomenon. The sound-producing sand dunes we have investigated are situated along a curvilinear belt of deserts and experience variable precipitation–evaporation rates on a yearly basis. “Singing sands” occur mainly on barchan-type dunes and adjacent to lakes or springs, whereas soundless sands are mainly located in desert areas where there is no nearby surface or groundwater sources. We have analyzed samples from nine sound-producing and two soundless sand dunes using grain size, X-ray diffraction and fluorescence, and SEM analyses. All sand types are composed largely of quartz and feldspar, but sound-producing sands also contain secondary minerals such as kaolinite (3–5%), albite (2–6%), microcline (2–5%), and calcite (5%) that are lacking in the soundless sand samples. Sound-producing sands are generally fine-grained whereas soundless sands are coarse-grained, and all sand types are generally sub-rounded to rounded indicating long transport distance from their provenance. Sphericity values of both sand types are nearly identical with predominantly oblate shapes. Surface pitting is not a unique feature of either sand types, and hence can be ruled out as a major cause of the acoustic properties of sound-producing sands. Densely distributed dissolution features such as scale-like upturned plates and silica scales on grain surfaces contribute significantly to the sound emission of singing sands. Thus, the physical–climatic conditions in deserts such as the presence of surface water and groundwater and precipitation–evaporation rates, which collectively control the formation and distribution of dissolution features on sand surfaces, have a first-order control on the production of sound-producing sands.     

陕北风沙滩地区包气带抗污能力试验研究

为了研究陕北风沙滩地区包气带风积沙的抗污能力,在榆林煤化工厂厂区及其周边地区选择4个试验点,采用双环入渗法,选择渣场炉渣浸出液（Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Pb重金属污染物溶液）进行渣场污水入渗试验,采用人工配置污染物溶液（COD、氨氮、F、石油类和挥发酚）进行了配污试点试验。渣场污水入渗试验过程中,由于水流的冲刷作用,剖面上大部分污染物的含量都小于入渗前的含量;而渗后样的测定结果则表明包气带风积沙对污水中Cr、Cu、Mn、Ni和Pb的净化能力较强。配污试点试验表明包气带对无机污染物的阻滞作用会延缓其对地下水的污染,石油类在包气带中的运移速度缓慢,难以在水流的作用下到达含水层,而COD容易造成地下水污染,挥发酚对含水层的污染能力要小于COD。应考虑采取适当方式降低地下水位,增大包气带厚度,以加强包气带对地下水的保护能力。     

Burial of organic carbon and carbonate on inner shelf of the northern South China Sea during the postglacial period

Two vibrocores from the inner shelf off Hong Kong are investigated to compare the contents of organic and inorganic carbon in postglacial sediments. The compositions of organic elements and carbonate are highly variable in the core sediments, but overall drop within the compositional ranges of modern seabed sediments in the Zhujiang estuarine and its shelf area. The Holocene sediments in the inner shelf have never been subject to subaerial exposure and the organic matter and carbonate can be preserved well. The burial of carbon in river-dominated shelf environments is highly dependent on the river flux with time. Nevertheless, it is difficult to establish a simple relationship between carbon burial in sediments in relation to climatic changes of basin-wide scale due to complex controls of production, transport and deposition of organic matter and carbonate. Our study suggests that the organic carbon to nitrogen ratio can not reliably identify the sources of depositional organic matters because of selective decomposition of organic matter components during humification and sedimentation. Caution is therefore needed in using organic elemental compositions as indicators of organic matter sources and paleoenvironmental changes in the East Asian continental shelves where intense river-sea interaction and variable carbon flux in geologic record occur.