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长沙市大气颗粒物PM2.5化学组分特征及来源解析

作　者: 杨天智
导　师: 邓启红
学　校: 中南大学
专　业: 工程热物理
关键词: PM2.5 化学组分源解析
分类号: X513
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 5次
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内容摘要

大气颗粒物是当前影响我国城市空气质量的主要大气污染物,对气候、城市能见度和人体健康等具有重要影响。其中细颗粒物(PM2.5)由于能够进入人体呼吸系统,甚至能穿透肺细胞进入血液循环,从而对人体健康造成更大的危害。流行病学研究表明,PM2.5与PM10相比,PMz5污染水平与人体犯病率和死亡率具有更显著的相关性。由于PM2.5能造成严重的危害,近年来国际上(特别是发达国家)都把PM2.5做为研究的目标和严格控制的首要污染物。但是我国尚未制定PM2.5控制标准,对PM2.5的研究也刚起步,同时对PM2.5的研究也集中在特大城市和污染特别重的城市。因此,本文的研究能得到代表中等城市的长沙市的PM2.5污染的全面客观的数据,研究结果能够为长沙市大气细颗粒物污染控制提供依据,并能为将来中国制定PM2.5浓度控制标准提供数据库。本文以长沙市不同区域、不同季节的大气颗粒物PM2.5及其化学组分为主要研究对象,于2009年6至10月在长沙市市区及郊区同步采集PM2.5样本,对比分析了长沙市夏季(6月至8月)和秋季(9月、10月)PM2.5浓度质量的分布特征和空间变化。再使用EDXRF对采集样本中的18种元素进行了检测分析,并对比分析了长沙市夏、秋两季PM2.5元素浓度的时空变化规律。并针对国庆节假日期间、及污染特别严重的污染期间(2009年10月份),分析了长沙市PM2.5元素浓度的变化规律。最后利用PCA及APCA方法,对长沙市不同地区、不同季节、特殊污染时期的PM2.5进行了来源解析。论文主要结论如下：长沙市PM2.5污染十分严重,在采样期间PM2.5的日均浓度为92.3μg／m3,远远超出美国PM2.5日均浓度的国家标准(35μg／m3)及欧盟PM2.5年均浓度的标准(25μg／m3)。长沙市夏季PM2.5浓度为57μg／m3,冬季PM2.5浓度为131μg／m3。在时间变化上,长沙市PM2.5浓度及大部分化学组分浓度(除As、Zn、Pb、Mn)呈现出增长趋势。从空间分布上看,长沙市市区及郊区PM2.5浓度及大部分化学组分浓度(除K、Mn)差别都很小。对国庆节假日期间S、K元素的分析,得出长沙市PM2.5浓度的变化是由人们燃放了大量的烟花鞭炮导致的结论。分析特殊污染时期元素的变化,得到特殊污染时期PM2.5浓度的变化是由燃烧源增多所致的结论。源解析结果表明：长沙市PM2.5主要来源于土壤扬尘、二次颗粒物交通排放、柴油机排放、煤燃烧和垃圾焚烧,其贡献量分别为38.2%、21.0%、11.6%、11.1%、10.8%、7.2%。长沙市市区及郊区的源贡献差别很小,长沙市夏、秋两季源贡献的差别在于二次颗粒物的贡献量的变化,二次颗粒物的贡献量在夏、秋分别为15.4%和26.1%。在特殊污染时期,长沙市PM2.5主要来源于二次颗粒物和生物质燃烧源(41.9%),可见生物质燃烧是引起特殊污染的重要原因。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 颗粒物的自身特性  12-15
    1.2.1 颗粒物的来源  12-13
    1.2.2 颗粒物的质量浓度  13-14
    1.2.3 颗粒物的化学组分  14-15
  1.3 颗粒物的影响  15-19
    1.3.1 颗粒物对人体健康的危害及致病机制  15-17
    1.3.2 颗粒物对城市能见度的影响  17-18
    1.3.3 颗粒物对气候的影响  18-19
  1.4 国内外研究及研究方向  19-20
    1.4.1 源解析模型  19
    1.4.2 源解析方法  19-20
    1.4.3 研究方向展望  20
  1.5 研究内容与意义  20-23
    1.5.1 源解析方法选择  20-21
    1.5.2 本文主要工作  21
    1.5.3 本文研究目的及意义  21-23
第二章长沙市细颗粒物采样  23-29
  2.1 长沙市简介  23
    2.1.1 长沙市地理位置  23
    2.1.2 长沙市气候  23
  2.2 长沙市可吸入颗粒物状况  23-24
  2.3 样品采集  24-29
    2.3.1 实验采样地点  24-25
    2.3.2 采样时间及事项安排  25
    2.3.3 采样设备  25-27
    2.3.4 采样流程  27
    2.3.5 采样过程质量控制  27-29
第三章测试原理及数据分析方法  29-37
  3.1 元素测试  29-32
    3.1.1 元素测试仪器简介  29-30
    3.1.2 元素测试原理  30-31
    3.1.3 标准曲线  31-32
  3.2 样本筛选及数据处理  32-33
    3.2.1 按采样时间筛选  32
    3.2.2 元素浓度及PM_(2.5)浓度数据  32
    3.2.3 异常值检验  32-33
  3.3 源解析方法  33-37
    3.3.1 SPSS统计学软件简介  33
    3.3.2 相关性分析  33-34
    3.3.3 源解析PCA及APCA方法  34-37
第四章长沙市PM_(2.5)及化学组分特征  37-51
  4.1 长沙市PM_(2.5)浓度  37-38
  4.2 长沙市化学组分染特征  38-49
    4.2.1 长沙市化学组分水平  38-42
    4.2.2 化学组分的空间变化特征  42-43
    4.2.3 化学组分的季节变化特征  43-46
    4.2.4 化学组分在特殊节假日变化特征  46-48
    4.2.5 化学组分在特殊时期的变化特征  48-49
  4.3 本章小结  49-51
第五章长沙市PM_(2.5)来源解析  51-66
  5.1 长沙市PM_(2.5)源辨析  51-56
    5.1.1 长沙市PM_(2.5)元素相关性分析  51-53
    5.1.2 长沙市PM_(2.5)源辨析  53-56
  5.2 长沙市PM_(2.5)来源解析  56-59
    5.2.1 长沙市PM_(2.5)源贡献  56
    5.2.2 长沙市PM_(2.5)污染源源谱  56-58
    5.2.3 长沙市市区及郊区源贡献比较  58-59
    5.2.4 长沙市不同季节源贡献比较  59
  5.3 长沙市特殊污染时期来源解析  59-64
    5.3.1 长沙市特殊污染时期元素相关性  59-61
    5.3.2 长沙市特殊污染时期PM_(2.5)源辨析  61-62
    5.3.3 长沙市污染时期PM_(2.5)源谱  62-63
    5.3.4 长沙市特殊污染时期PM_(2.5)源贡献  63-64
  5.4 本章小结  64-66
第六章结论与展望  66-68
  6.1 主要结论  66-67
  6.2 研究展望  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  74

长沙市大气颗粒物PM2.5化学组分特征及来源解析

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