【摘要】： 大氣氣溶膠是環(huán)境的重要組成部分,其氣候效應和環(huán)境意義越來越為人們所關注。大氣中的溴、碘涉及對流層中多種光化學反應,導致臭氧層發(fā)生耗損,大氣中碘還能夠影響海洋邊界層云凝結核的生成。它們的來源及所涉及的大氣化學反應因而成為近年來大氣化學和氣溶膠生成研究的重點之一�，F(xiàn)有的研究大多集中在大氣化學模式計算方面,氣溶膠中溴、碘形態(tài)提取和測定技術的不完善使得實測數(shù)據(jù)難以獲得,已報道的實測數(shù)據(jù)也與模式計算結果存在較大分歧。 本文在李冰等工作的基礎上,建立了,包括: (1)采用ICS-A23色譜柱分離IO_3~-、I-、BrO_3~-和Br~-,(NH_4)_2CO_3為流動相,通過使用Shield Torch以及手動進樣器增大進樣量到1mL來提高靈敏度。 (2)通過實驗確定了溴、碘形態(tài)標準溶液在0.01%KOH介質(zhì)中儲存較穩(wěn)定,為溴、碘樣品的采集和保存提供了技術保障。 (3)對于氣溶膠樣品中溴、碘形態(tài)測定的前處理方法,通過對比超聲純水提取不同時間以及多種密封提取條件下大氣氣溶膠樣品濾膜中溴、碘形態(tài)穩(wěn)定性和提取率,最終確定超聲純水提取5min即為最佳提取條件。 (4)通過對CF、GF兩種材質(zhì)空白濾膜進行加標回收實驗,發(fā)現(xiàn)各種提取條件下GF材質(zhì)相比CF材質(zhì),對樣品中溴、碘形態(tài)穩(wěn)定性的干擾更小。采用建立的分析測試方法對中國第二、三次北極考察沿線、中國近海海域及合肥地區(qū)氣溶膠樣品中的總溴、總碘、總可溶性溴、總可溶性碘、不可溶性溴、不可溶性碘、BrO_3~-、Br~-、IO_3~-、I~-進行測定,結合氣團軌跡反演、氣象數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、第22次南極考察中獲取的氣溶膠碘形態(tài)數(shù)據(jù)以及文獻中其它地區(qū)的溴、碘形態(tài)數(shù)據(jù),對樣品中溴、碘及其形態(tài)的分布特征和來源及其環(huán)境意義進行了討論,主要結論如下: (1)大氣氣溶膠中溴濃度雖然在各地各季節(jié)均有不同,但其形態(tài)分布卻相當穩(wěn)定。北極地區(qū)、西北太平洋近岸海域、中國近海海域及中內(nèi)陸工業(yè)城市合肥地區(qū)大氣氣溶膠各種粒徑的顆粒物中溴形態(tài)中均以Br~-為主要存在形態(tài);總溴、總可溶性溴和Br~-的濃度變化趨勢均為兩極低而中低緯度地區(qū)高,不同的控制源是主要原因;不可溶性溴占總溴的10%～31%,在中低緯度濃度高于極地地區(qū);可溶性有機溴占總溴的2%～23%,濃度分布上呈現(xiàn)出城市高于海洋,中低緯度高于極地的特征; BrO_3~-在所有樣品中均未檢出,全球大部分地區(qū)可能都不具備產(chǎn)生顯著濃度的氣溶膠BrO_3~-的條件;粒徑分布方面,合肥地區(qū)樣品中,Br-在PM10以上粒徑的顆粒物中富集,不可溶性溴傾向于富集在PM2.5以下顆粒中; (2)各地大氣氣溶膠中碘形態(tài)的分布特征變化較大,同一地區(qū)不同年份也存在極大差異,總的來說以I-和不可溶性碘分布在全球分布最廣。兩極地區(qū)、西北太平洋、中國近海、東南亞海域、東印度洋、南大洋以及Mace Head Ireland地區(qū)和內(nèi)陸城市合肥地區(qū)氣溶膠中碘形態(tài)大部分以可溶性形態(tài)存在,EF值沿緯度降低而下降,來源差異是上述現(xiàn)象的主要原因。IO3- / I-在各地區(qū)樣品中巨大的差別一方面證明了現(xiàn)有的大氣碘化學模型的正確性,一方面也說明了其還存在不足。不可溶性碘和可溶性有機碘的分布具有全球普遍性,含量可達總碘的24%～81%,但其分子結構目前仍然未知,有關其形成機理的研究也不多。粒徑分布方面,合肥地區(qū)樣品中不可溶性碘在PM2.5顆粒中高度富集。 (3)來源方面,北冰洋地區(qū)和西北太平洋沿岸及中國近海海域、東南亞海域、東印度洋、南大洋等海洋邊界層區(qū)域,溴濃度主要受海鹽源氣溶膠強度控制,碘濃度則與極區(qū)海冰融化及海洋生物釋放的揮發(fā)性含碘物質(zhì)光化學反應產(chǎn)物相關。內(nèi)陸城市合肥地區(qū)氣溶膠粗顆粒(粒徑大于2.5μm)中溴、碘含量均受到燃煤源控制,細顆粒中溴、碘含量的控制源尚不明確;不可溶性溴來源可能是人類活動及地殼運動造成的揚塵;可溶性有機溴來源可能與燃煤相關。 (4)北冰洋地區(qū)氣溶膠TSP樣品中碘及各主要形態(tài)以及合肥地區(qū)氣溶膠不同粒徑中溴、碘及其形態(tài)均呈現(xiàn)出季節(jié)變化,但兩地的變化趨勢有很大區(qū)別。內(nèi)陸地區(qū)呈現(xiàn)秋冬季高春夏季低,而北冰洋地區(qū)的高峰則可能出現(xiàn)在春季。 (5)異常天氣條件(如臺風)及地殼運動等事件都可對溴、碘濃度及形態(tài)分布產(chǎn)生顯著影響.長時間采樣,氣溶膠樣品中的溴、碘可能發(fā)生了顯著的耗損。 本文通過大范圍、長時間的采樣和分析,獲得了一大批第一手的大氣氣溶膠中溴、碘形態(tài)的數(shù)據(jù),其中北極等地區(qū)的數(shù)據(jù)均是首次報道。這些實測數(shù)據(jù)將為大氣鹵素化學的進一步研究打下堅實的基礎。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X513
【圖文】：

第 1 章 大氣氣溶膠對全球氣候影響及溴、碘形態(tài)研究進展20 世紀 80 年代以來，全球氣候變暖加劇，氣候災害、糧食減產(chǎn)、水資源匱乏、生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象在全球范圍內(nèi)出現(xiàn) （IGBP，1990；IPCC，1994）。全球氣候變化成為各國政府及科研機構關注重點之一（陳立奇，1997）。2001 年，IPCC 在其報告中指出影響全球氣候變化因素包括：溫室氣體、平流層和對流層臭氧、氣溶膠和云（包含石油燃燒產(chǎn)生的碳黑和各種有機化合物、沙塵等）、太陽輻射、地表反射等（圖 1.1），其中氣溶膠是最為不確定的因素。博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 2011年 第06期 工程科技Ⅰ輯 B027

圖 1.3 印度洋地區(qū)采樣地區(qū)示意圖（Lai，2008）Fig. 1.3 A map of aerosol sampling positions near Indian Ocean現(xiàn)有的大氣總懸浮顆粒中碘形態(tài)測定結果，可以發(fā)現(xiàn)只有eider 等（1995）報道的德國內(nèi)陸和南大西洋公海海域氣溶膠中可主，后來幾乎所有的研究結果都與之相悖（表 1.1）。采樣區(qū)域的這一差異的原因之一，但 Baker 等（2004，2005）的 M55 航次經(jīng)比較接近 Wimschneider 等（1995）在南大西洋的采樣位置并1.4）。不同的水提條件也可能是另一原因，只有Wimschneider等（提取的方式來提取氣溶膠顆粒中的可溶性碘。但實際上，Baker 等（ AMT13 與 M55 兩次采樣重合的位點正是 M55 中未檢出 IO3-的3 卻沒有重復 M55 中的現(xiàn)象。這說明地域和測定方法的不同可能都差異的主要原因，還需要綜合考慮碘在大氣中發(fā)生的種種反應及制要素。

能是造成這一差異的原因之一，但 Baker 等（2004，2005）的 M55 航次采樣的最終點已經(jīng)比較接近 Wimschneider 等（1995）在南大西洋的采樣位置并位于其下風處（圖1.4）。不同的水提條件也可能是另一原因，只有Wimschneider等（1995）使用高溫提取的方式來提取氣溶膠顆粒中的可溶性碘。但實際上，Baker 等（2004，2005）的 AMT13 與 M55 兩次采樣重合的位點正是 M55 中未檢出 IO3-的位置，但 AMT13 卻沒有重復 M55 中的現(xiàn)象。這說明地域和測定方法的不同可能都不是造成這種差異的主要原因，還需要綜合考慮碘在大氣中發(fā)生的種種反應及制約這些反應的要素。相關博士學位論文 2011年 第06期 工程科技Ⅰ輯 B027-19-16

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本文編號：2795671