气团来源对瓦里关地区颗粒物数谱分布的影响

通过对2005年8月到2007年5月在瓦里关全球本底站观测的气溶胶数谱分布资料和同期后向轨迹资料分析,发现气团来源对瓦里关地区颗粒物的数浓度及其谱分布有显著影响.气团起源于瓦里关东北部地区或者途径东北部地区,传输路径较短,传输速度相对较慢,大气中出现较高数浓度的爱根核模态颗粒物;气团来源于瓦里关西部或者两北地区时,传输路径较长,传输速度较快,大气中一般出现较高浓度的核模态颗粒物.     

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。     

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。     

东亚季风区近地面大气气溶胶中OCPs和PCBs纬度分布：以7Be为参照系

连续一年在北京、青岛、广州以每周3d的时间尺度同步采集近地面大气中气溶胶中7Be的测定数据以及在春、秋季节变换时期我国5个不同纬度城市大气气溶胶中7Be和典型持久性有机污染物（有机氯农药和多氯联苯1的同步观测数据,并对文献上发表的我国其他城市近地面大气中气溶胶中’Be年平均值数据进行了分析。通过对以上数据资料的总结和分析,观察到在东亚季风区近地表大气气溶胶中7Be浓度的年平均值呈现正态分布模式,并且在中纬度北纬40°N附近达到极大值。大气气溶胶中7Be在春、秋季节变换时期我国不同纬度城市的瞬时纬度分布仍呈现正态分布模式,但以30°N为最大值。在秋季大气颗粒相中HCHs和PCBs浓度最大值出现在30°N。气相中PCB-28所占百分比随纬度增高而增大,而颗粒相中PCB-28的纬度变化不大。蒸汽压较低的PCB-180在气相中的浓度基本上不随纬度变化,而颗粒相中PCB-180则基本上集中在纬度36。N左右,表明在东亚季风区大气中挥发性较低的POPs化合物具有某种纬度聚焦作用。以宇宙射线成因核素7Be作为大气环流的参照系,可以得出东亚季风区大气环流可影响持久性有机污染物纬度分布的结论。     

拉萨市夏季大气降尘单颗粒矿物组成及其形貌特征

应用带能谱的电子扫描电镜(SEM-EDX)对拉萨市夏季正常天气下收集的大气自然沉降气溶胶样品进行分析,研究了拉萨市大气降尘矿物组成和各种物相形貌特征信息。拉萨市大气颗粒物含有硅酸盐颗粒、富钙颗粒、富铁颗粒、富碳颗粒(燃煤飞灰颗粒和燃油飞灰颗粒)和植物残体颗粒。根据颗粒物数量统计发现拉萨市大气颗粒物以硅酸盐颗粒为主,富钙颗粒和富铁颗粒次之,需要指出的是以燃油飞灰为主的富碳颗粒已占到一定比重,说明以燃油为主的机动车尾气对拉萨大气污染在加强。研究结果表明,大气降尘矿物成分及其形貌特征可以用作判定污染物来源的重要标志,拉萨大气中颗粒来源的多样性决定了治理措施也应综合进行。     

东北地区夏季大气颗粒物数浓度与粒径分布特征的航测研究

利用飞机航测于2018年夏季在东北吉林省用宽范围粒径谱仪对10 nm～10μm大气颗粒物的数浓度谱进行在线监测,分析大气颗粒物的垂直分布廓线和粒径分布特征。结果表明,东北地区近地面颗粒物数浓度为5.8×10³～9.9×10⁴cm^-3,平均值为(2.7±2.2)×10⁴cm^-3;垂直方向上颗粒物数浓度随海拔升高整体呈降低趋势,且垂直廓线存在两种类型:一种是在边界层附近存在较明显的分界线,即在边界层下方,大气颗粒物数浓度随高度升高而显著降低,在边界层上方,大气颗粒物数浓度变化随高度变化不明显;第二种是随高度的升高,城市上空的大气颗粒物数浓度降低,且海拔高度与大气颗粒物数浓度呈现近似线性负相关的关系。在观测期间,颗粒物的粒径大多集中在爱根模态,其峰值位于25～30 nm,后向气流轨迹显示,气团来源于蒙古及内蒙古地区。在四平城市上空观测到1例新粒子生成事件,其核模态颗粒物数浓度为当日其他地区的4倍,后向气流轨迹显示其气团来源于中国辽宁省且受局地气团影响。     

黄河源区阿尼玛卿山耶和龙冰川积雪中不溶微粒组成特征及环境意义

2005年9月下旬,在黄河源区阿尼玛卿山耶和龙冰川平衡线附近挖取了6个雪坑,固定层厚采集了89个雪冰样品,分析了样品的δ¹⁸O值及不溶微粒的浓度、粒径,研究了耶和龙冰川中不溶微粒的时空分布特征及环境意义。结果表明：雪冰样品中不溶微粒浓度平均值为1.1×10⁵个·mL^-1,PM₁₀占到总粒子的99%;以微粒数浓度为权重计算的平均粒径分布在1.1~1.8 μm之间,说明耶和龙冰川积雪中不溶微粒以细粒子为主;不溶微粒的粒度谱分布不符合正态分布规律,粒子浓度的众数出现在小粒径;微粒源区输入和大气环流强度是控制积雪中不溶微粒特征的主要因素。源区输入和风场强度均较大时,积雪中不溶微粒浓度及粒径均较大;源区输入较弱而风场强度较大时,积雪中微粒浓度有所增加,粒径增加更加显著。结合HYSPLIT-4模式研究发现,在耶和龙冰川积雪中不溶微粒的浓度及粒径随雪坑深度的变化可以反映气团强度的季节变化,夏季降水增加使微粒的季节变化更加显著。西风携带的塔克拉玛干沙漠和中亚干旱区尘埃是耶和龙冰川春、秋季节积雪中不溶微粒的重要来源。     

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

北京市可吸入大气颗粒物中Pb的浓度分布特征研究

本研究以取暖期和停暖后北京市主要功能区及郊区的可吸入大气颗粒物为研究对象,重点对比了市区与郊区、市区内不同功能区的PM10、PM25的浓度分布特征以及重金属元素Pb在其中的浓度分布特征。结果表明：可吸入大气颗粒物的浓度在取暖期间远高于停暖后的浓度,雾霾天气时可吸入大气颗粒物的浓度是非雾霾时的174~256倍。取暖期间,Pb在PM10中的浓度明显远高于PM25中的浓度,北京市区内Pb浓度较郊区要高,尤其是建材厂区可吸入大气颗粒物中的Pb浓度最高,商业区次之;停暖后,Pb在PM10和PM25中的浓度相当,建材厂区可吸入大气颗粒物中Pb浓度依然是功能区中最高的,但整体上郊区可吸入大气颗粒物中Pb的浓度和市区相差不大。对比分析2007年和2013年的数据,可以估算出,可吸入大气颗粒物PM10中Pb的浓度以每年978%的速度在增长,PM25中Pb的浓度以每年1145%的速度在增长。因此,北京市可吸入大气颗粒物中Pb的增长问题应引起相关部门的重视。     

Heavy metal concentrations and Pb isotopic composition in urban and suburban aerosols of Hong Kong and Guangzhou, South China-Evidence of the long-range transport of air contaminants

Rapid urbanization and industrialization in South China has placed a great strain on the environment and human health. In the present study, the total suspended particulate matter （TSP） in the urban and suburban areas of Hong Kong and Guangzhou, the two largest urban centres in South China, was sampled from December 2003 to January 2005. The samples were analyzed for their concentrations of major elements （Al, Fe, Mg and Mn） and trace metals （Cd, Cr, Cu, Pb, V and Zn）, and for Pb isotopic composition. Elevated concentrations of metals, especially Cd, Pb, V and Zn, were observed in the urban and suburban areas of Guangzhou, showing significant atmospheric trace element pollution. Distinct seasonal patterns were observed in the heavy metal concentrations of aerosols in Hong Kong, with higher metal concentrations during the winter monsoon period, and lower concentrations during summer time. The seasonal variations in metal concentrations of the aerosols of Guangzhou were less distinct, suggesting the dominance of local sources of pollution around the city. The Pb isotopic composition in the aerosols of Hong Kong had higher ^206Pb/^207Pb and ^208Pb/^207Pb ratios in winter, showing the influence of Pb from the northern inland areas of China and the Pearl River Delta （PRD） region, and lower ^206Pb/^207Pb and ^208Pb/^207Pb ratios in summer, indicating the influence of Pb from the South Asian region and from marine sources.     

Particle size distribution analysis of sand-sized particles by laser diffraction: an experimental investigation of instrument sensitivity and the effects of particle shape

Laser diffraction is now widely used for particle size distribution analysis of sediments and soils. The technique can be very precise, and offers advantages of speed and cost over many other methods when used to analyse mixtures of sand, silt and clay. This study presents the results of an experimental investigation that examined the sensitivity of the Beckman-Coulter LS230 instrument to mixtures of different grain populations and differences in particle shape. The instrument was found to have high sensitivity to coarse particles in a finer matrix (detection threshold 1–2%), but much lower sensitivity to finer particles in a coarser mixture (detection threshold 12–17%). Experiments using near-spherical ballotini showed that laser analysis provides very similar values to dry sieving for the mean, median and mode, but for a range of natural sand samples values for the mean, median and mode were offset by 8–21%, with an average of ca 15%, compared with sieving. Analysis using a Beckman-Coulter RapidVUE instrument, which provides both size and shape information, provided support for the hypothesis that the differences between laser analysis and sieving are partly attributable to the effects of particle shape. However, an additional factor is the way in which the laser software interprets the optical diffraction data. The software predicts a high degree of log-normality in the size distribution, such that highly skewed, truncated or bimodal samples are poorly represented. Experiments using sieved fractions of ballotini indicated that, even with near-perfectly spherical particles, the particle size distribution predicted by the laser software includes a relatively large percentage of particles outside the sieve class limits.     

颗粒级配及初始干密度对路基翻浆冒泥特性的影响

重载铁路路基翻浆冒泥病害广泛存在且危害性极大,严重影响了轨道的稳定性和列车运行的安全性。铁路路基土体性质,如颗粒级配、孔隙比等对列车荷载作用下路基翻浆冒泥特性有显著的影响。利用自主研发的试验模型对粉质黏土与不同含量高岭土重塑试样进行翻浆冒泥试验,研究了不同颗粒级配（高岭土含量）、不同初始干密度（孔隙比）对循环荷载作用下试样的轴向应变、超孔隙水压力以及细颗粒迁移特性的影响。研究结果表明：随着高岭土含量以及初始干密度的增加,动荷载作用下试样产生的轴向应变、超孔隙水压力均减小,细颗粒迁移的平均高度降低,路基翻浆冒泥的程度减轻。通过试验发现,动荷载作用下试样内部的超孔隙水压力梯度是驱动路基土体细颗粒迁移的主导因素,试样产生的夹层对路基翻浆冒泥病害的发展具有一定的促进作用。     

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。     

On the accuracy of fragment size measurement by image analysis in combination with some distribution functions

Summary  Size distributions of fragments of crushed rock in conveyor belts and of blasted rock in a muckpile obtained by sieving are compared with the size distributions obtained by digital image analysis of photographs of the same materials taken on-site. Several calculation methods are tested, based on the raw distribution of fragment areas and on the volume-transformed ones. The influence of the calibration of the system on the results and the performance of the system in a non-calibrated mode are evaluated. The capacity of some distributions (Rosin-Rammler, Swebrec and lognormal) to fit the data in the coarse region (where particles can be delineated, i.e. discriminated individually) and to extrapolate to the non-delineated fines (where particles cannot be outlined and their contour delineated) is assessed. The error between the sizes measured and the sizes of the reference distributions (determined by sieving) increases from the coarse to the fines region. The maximum error at a given size depends primarily on its value relative to the fines cut-off (FCO) of the image analysis. In general, at sizes greater than the FCO, where the system is able to delineate fragments reliably, both volume and surface-based, calibrated, calculations can determine the sizes with maximum error expectancy of about 30%. Below the FCO, only the calibrated, volume calculation maintains a maximum error of 30%, down to sizes of about one fourth the FCO, rapidly increasing for smaller sizes. Where the calibration is done based on data above the FCO, errors can be large below this point, in excess of 80% at sizes half the FCO. In the fines range (sizes smaller than 0.2 times the FCO) the maximum errors can be close to or greater than 100% for most of the calculations and function fittings. Of the distributions tested, all of them are acceptable at sizes above the FCO; below that, the Swebrec function seems to adapt better towards the fines than the Rosin-Rammler and lognormal. Correspondence: José A. Sanchidrián, Universidad Politécnica de Madrid, E.T.S.I. Minas, Rios Rosas 21, 28003 Madrid, Spain