王 欣， 姚小紅,2??

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

供暖等人類活動(dòng)導(dǎo)致大氣氣溶膠數(shù)濃度升高，一方面會(huì)對(duì)大氣能見度和人體健康產(chǎn)生不利影響[1]，另一方面會(huì)通過改變直接或間接輻射影響氣候變化[2-3]?，F(xiàn)有研究表明，氣溶膠的間接輻射效應(yīng)具有很大的不確定性[4]，主要原因是大氣顆粒物活化成為云凝結(jié)核(CCN，Cloud condensation nuclei)或冰核(IN，Ice nuclei)影響云和降水的過程比較復(fù)雜[5-6]，且氣溶膠時(shí)空多變、化學(xué)組分復(fù)雜。因此，研究大氣中氣溶膠顆粒物對(duì)云凝結(jié)核數(shù)濃度的貢獻(xiàn)及其活化為云凝結(jié)核的能力具有重要意義。

由人為源和自然源排放的低揮發(fā)性氣態(tài)前體物(如硫酸蒸汽和生物源揮發(fā)性有機(jī)物)在大氣中通過成核過程生成的新粒子是大氣氣溶膠顆粒物的重要來(lái)源[7-9]。新粒子通過顆粒物之間的碰并、氣體前體物在新粒子上凝結(jié)和非均相反應(yīng)等過程繼續(xù)長(zhǎng)大，進(jìn)而可在一定過飽和度下(SS，Supersaturation)活化為云凝結(jié)核[8,10-12]。例如在加拿大西部地區(qū)的觀測(cè)中，所有的新粒子生成事件(NPF，New particle formation)中，有10%～25%的新粒子的幾何中值粒徑可以在兩天內(nèi)增長(zhǎng)到100 nm，對(duì)云凝結(jié)核數(shù)濃度產(chǎn)生貢獻(xiàn)[13]。Asmi等在芬蘭的森林中長(zhǎng)達(dá)10多年的觀測(cè)結(jié)果表明，新粒子的粒徑可以迅速增長(zhǎng)到80 nm左右[14]。模型研究也表明，在0.2%的過飽和度下，新粒子對(duì)大氣邊界層云凝結(jié)核數(shù)濃度的貢獻(xiàn)約為3%～20%[15]。

進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，同時(shí)也帶來(lái)了大氣污染問題。各種污染物的排放量日益增加，導(dǎo)致近年來(lái)霧霾事件頻發(fā)，給公眾的生活和健康帶來(lái)了極大的困擾。為積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)采取了多種污染物減排措施，環(huán)境污染惡化的趨勢(shì)有所減緩。根據(jù)青島市環(huán)境狀況公報(bào)，2017年青島市區(qū)細(xì)顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度年平均值為37 μg/m3，二氧化硫年平均值為14 μg·m-3，比2013年(66和54 μg·m-3)分別下降了44%和74%[16]，污染物減排措施的效果顯著。那么在目前的減排措施下，新粒子的生成和增長(zhǎng)會(huì)如何變化？新粒子生成事件對(duì)云凝結(jié)核的貢獻(xiàn)又是如何變化？本研究在2013年11月6日～12月5日以及2017年1月9～23日、2月6～24日在青島市市郊對(duì)大氣顆粒物的粒徑分布和云凝結(jié)核數(shù)濃度進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)，通過對(duì)比兩年采暖期間新粒子生成事件的發(fā)生頻率、新粒子生成速率、增長(zhǎng)速率和新粒子增長(zhǎng)對(duì)云凝結(jié)核的影響，探究減排措施加強(qiáng)的情況下，青島市采暖期間新粒子活化為云凝結(jié)核能力的差異。

1 資料與方法

1.1 觀測(cè)地點(diǎn)與時(shí)間

本研究的觀測(cè)地點(diǎn)位于青島市東北部的郊區(qū)，與黃海海岸線的最近距離約7 km。觀測(cè)儀器均放置于中國(guó)海洋大學(xué)嶗山校區(qū)(36°09′N，120°29′E)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院三樓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，進(jìn)氣口與地面相距大約5 m。采集的室外空氣首先經(jīng)過預(yù)先安裝好的硅膠干燥管進(jìn)行干燥，然后進(jìn)入觀測(cè)儀器，每臺(tái)儀器所使用采樣管的長(zhǎng)度約為1.5 m。實(shí)驗(yàn)室溫度在采樣期間通過空調(diào)控制在25 ℃左右。除了儀器維修所占據(jù)的時(shí)間外，所有儀器均調(diào)為北京時(shí)間且保持24 h連續(xù)采樣。青島地區(qū)的低溫供暖從11月5日開始，正常供暖開始于當(dāng)年的11月15日至次年的4月5日，本文把這段時(shí)間定義為當(dāng)年的整個(gè)采暖期。作者分別于2013年11月6日～12月5日、2017年1月9～23日和2017年2月6～24日三個(gè)時(shí)間段，對(duì)大氣顆粒物數(shù)濃度(NCN，Number concentration of condensation nuclei)、粒徑分布和云凝結(jié)核數(shù)濃度(NCCN，Number concentration of cloud condensation nuclei)進(jìn)行觀測(cè)。為了方便表述，作者將2013年11月6日～12月5日定義為2013年觀測(cè)采暖期，將2017年1月9～23日、2月6～24日定義為2016年觀測(cè)采暖期。

1.2 儀器介紹

大氣氣溶膠中不同過飽和度下的云凝結(jié)核數(shù)濃度使用美國(guó)DMT公司的連續(xù)氣流縱向熱梯度云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。該儀器在使用前用分粒徑硫酸銨顆粒物進(jìn)行溫度校標(biāo)，以保證獲得有效的過飽和度。在2013年觀測(cè)采暖期間分別測(cè)定0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%這5個(gè)不同過飽和度下的云凝結(jié)核數(shù)濃度，在2016年觀測(cè)采暖期間分別測(cè)定0.05%、0.1%、0.2%、0.4%和0.6%這5個(gè)不同過飽和度下的云凝結(jié)核數(shù)濃度。在5個(gè)過飽和度中，后4個(gè)過飽和度持續(xù)5 min，第1個(gè)過飽和度持續(xù)8 min，額外的3 min是為了保證從最高過飽向最低過飽和度轉(zhuǎn)換時(shí)，最低的過飽和度能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。儀器完成一個(gè)循環(huán)需要28 min。處理數(shù)據(jù)時(shí)，由于每個(gè)過飽和度剛建立時(shí)不太穩(wěn)定，每個(gè)過飽和度只保留后4 min采集的數(shù)據(jù)。

在2013年觀測(cè)采暖期間，顆粒物的粒徑譜分布由掃描電遷移率粒徑譜儀(SMPS，Nanoscan SMPS Nanoparticle Sizer，TSI Model 3910)測(cè)得。SMPS分為13個(gè)粒徑通道測(cè)得10～420 nm的顆粒物數(shù)濃度粒徑譜，該儀器的采樣流量為0.75 L·min-1，時(shí)間分辨率是1 min。在2016年觀測(cè)采暖期間，顆粒物的粒徑譜分布由快速電遷移率粒徑譜儀(FMPS，F(xiàn)ast Mobility Particle Sizer, TSI Model 3091)測(cè)得。FMPS可分為32個(gè)粒徑通道測(cè)量5.6～560 nm的顆粒物數(shù)濃度粒徑譜。該儀器采樣流量為10 L·min-1，時(shí)間分辨率為1 s。為了與SMPS的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，將FMPS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分鐘平均值。FMPS所測(cè)數(shù)據(jù)按Zimmerman等[17]提出的經(jīng)驗(yàn)校正方法進(jìn)行校正。校正方法中使用的氣溶膠顆粒物總數(shù)濃度由一臺(tái)凝結(jié)核計(jì)數(shù)器(CPC, Condensation Particle Counter, TSI Model 3775)測(cè)得。CPC測(cè)定顆粒物粒徑的范圍為4 nm至3 μm，該儀器的采樣流量是1.5 L·min-1，時(shí)間分辨率為2 s。

污染氣體(SO2、O3和NOX)濃度分別由SO2分析儀(Thermo Model 43i)、O3分析儀(Thermo Model 49i)和NOX分析儀(Thermo Model 42i)測(cè)得。時(shí)間分辨率為5 min。

1.3 計(jì)算方法

(1)云凝結(jié)核活化率(AR，Activation ratio)指在給定過飽和度下，氣溶膠中能活化為云凝結(jié)核的顆粒物濃度與總大氣顆粒物數(shù)濃度的比例，計(jì)算公式如下所示：

AR(SS) =NCCN/NCN。

(1)

(2)新粒子生成速率(FR，F(xiàn)ormation rate)，單位為cm-3·s-1。dp代表可以觀測(cè)到的新粒子的粒徑。新粒子生成速率的計(jì)算公式如下[18]：

(2)

式中:Ndp是核模態(tài)顆粒物(<30 nm)的數(shù)濃度，為了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，本文采用FMPS和SMPS觀測(cè)時(shí)，計(jì)算新粒子核模態(tài)生成速率選取的粒徑范圍均為10～30 nm；CoagSdp·Ndp表示由于顆粒物之間的碰并所引起的損失,為了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性，計(jì)算CoagSdp·Ndp時(shí)，顆粒物的粒徑選取范圍為10～200 nm；GR/Δdp·Ndp表示計(jì)算的時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)大超過30 nm的顆粒物所引起的損失；Slosses表示其他損失，在本文中忽略。

(3) 新粒子的增長(zhǎng)速率(GR，Growth rate)為新粒子模態(tài)的幾何中值粒徑隨時(shí)間的變化速率，單位設(shè)為nm·h-1[19]：

(3)

式中Dpg代表新粒子模態(tài)的幾何中值粒徑。

(4)凝結(jié)匯(CS，Condensation sink)是指大氣中可凝結(jié)的氣體分子凝結(jié)到空氣中已存在的顆粒物上而引起的損失，由以下公式計(jì)算[20]:

(4)

式中:D表示擴(kuò)散系數(shù);βM表示過渡校正因子;Dpi代表第i個(gè)通道顆粒物的粒徑;Npi代表第i個(gè)通道顆粒物的數(shù)濃度。

(5)新粒子的存活率(SP, Survival probability)是指NPF事件中，新粒子增長(zhǎng)到云凝結(jié)核粒徑范圍(本文取50 nm)的數(shù)濃度與核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的比值，計(jì)算公式如下[19]：

SP=N50～200 nm/N<30 nm。

(5)

在本文中，認(rèn)為大于50 nm顆粒物有可能活化為云凝結(jié)核，N50～200 nm指新粒子生成事件中最后一個(gè)小時(shí)的50～200 nm顆粒物數(shù)濃度的最大值，N<30 nm是NPF期間的新粒子核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的最大值。

(6) 新粒子的最大凈增長(zhǎng)量(NMINP, The net maximum increase in the nucleation mode particle number concentration)是指新粒子生成期間核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的最大凈增長(zhǎng)量，單位為cm-3[19]。

NMINP=N<30 nm，max-N<30 nm，background。

(6)

其中:N<30 nm，max是指NPF期間核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的最大值;N<30 nm，background是指NPF前期核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度的背景值。

(7)新粒子最大幾何中值粒徑(Dpgmax)是指新粒子增長(zhǎng)過程中，幾何中值粒徑的最大值[19]。

2 觀測(cè)結(jié)果與討論

2.1 兩年采暖期間氣溶膠及活化能力的對(duì)比分析

為了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性，本研究只對(duì)兩年觀測(cè)采暖期中云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器共同的設(shè)定的三個(gè)過飽和度(0.2%、0.4%、0.6%)下的NCCN進(jìn)行對(duì)比。表1列出了兩年觀測(cè)采暖期間的NCN、0.2%SS、0.4%SS、0.6%SS的NCCN及其相對(duì)應(yīng)的活化率、污染氣體(SO2和NOX)濃度和氣象條件的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在2013年觀測(cè)采暖期間，NCN濃度變化范圍為(0.72～10)×104cm-3，平均值為(3.3±1.4)×104cm-3，NCN的25%分位數(shù)及75%分位數(shù)分別為2.2×104和4.0×104cm-3。2016年觀測(cè)采暖期間的NCN濃度變化范圍為(0.3～6.9)×104cm-3，平均值為(1.7±0.8)×104cm-3，NCN的25%分位數(shù)及75%分位數(shù)分別為1.1×104和2.3×104cm-3。對(duì)于NCN的平均值、25%分位數(shù)及75%分位數(shù)，2016年比2013年下降了48%、50%和43%。根據(jù)青島地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，2016年整個(gè)采暖期間PM2.5、SO2和NOX的平均值相比2013年整個(gè)采暖期間的平均值分別下降了30%，64%和39%。因此，NCN的下降可能與污染物減排措施的加強(qiáng)相關(guān)。

表1 兩年觀測(cè)采暖期間NCN、NCCN、活化率、污染氣體以及氣象參數(shù)

在過飽和度為0.2%、0.4%、0.6%時(shí)，2013年觀測(cè)采暖期間的NCCN平均值分別為(3.1±1.3)×103、(6.4±2.3)×103、(8.5±2.9)×103cm-3，AR平均值分別為0.11±0.06、0.24±0.11、0.31±0.14；2016年觀測(cè)到的NCCN平均值分別為(3.3±1.4)×103、(4.8±2.0)×103、(5.4±2.1)×103cm-3，AR平均值分別為0.21±0.11、0.31±0.13、0.35±0.14。在不同過飽和度下，兩年觀測(cè)到的NCCN和AR變化趨勢(shì)不同。如在0.2%SS時(shí)，2016年觀測(cè)的NCCN比2013年增加了6%；而0.4%和0.6%SS下，2016年觀測(cè)的NCCN比2013年分別下降了25%和36%。Rose等的研究表明，全球大陸氣溶膠的平均值約為0.3[21]，根據(jù)κ-K?hler公式[22]，計(jì)算可知在0.2%的過飽和度下，活化粒徑Dcut約為100 nm(實(shí)際為105 nm)。分別對(duì)2013和2016年大于100 nm顆粒物的數(shù)濃度(N>100 nm)進(jìn)行計(jì)算，2013年為5.6×103cm-3，2016年為3.9×103cm-3。在N>100 nm下降的條件下，低飽和度NCCN反而增加，這表明，大于100 nm顆粒物的活化能力增強(qiáng)，抵消了顆粒物數(shù)濃度減少對(duì)云凝結(jié)核數(shù)濃度的影響。這也意味著，相比2013年，2016年大于100 nm顆粒物的化學(xué)組分發(fā)生變化，而對(duì)于哪種物質(zhì)的變化影響了顆粒物的吸濕性，本文尚未研究。2016年的活化率相比2013年呈上升趨勢(shì)，在0.2%、0.4%和0.6%SS下分別上升了91%、29%和13%，表明兩年之間顆粒物的粒徑分布或者化學(xué)成分存在差異性。

2.2 兩年采暖期間新粒子生成和增長(zhǎng)的特征值統(tǒng)計(jì)分析

基于Dal Maso和Kulmala等[23-24]對(duì)新粒子生成事件的判斷標(biāo)準(zhǔn),作者在2013和2016年觀測(cè)采暖期間，分別觀測(cè)到11和12次NPF事件，其發(fā)生頻率分別為37%和35%。在SO2大幅減排的背景下，新粒子生成頻率并無(wú)顯著減少，說明現(xiàn)有的SO2濃度仍處于較高水平，可以促進(jìn)新粒子生成事件的頻繁發(fā)生。以往研究表明，在中低過飽和度(<0.4%)下，小于50 nm的顆粒物幾乎不能夠活化為云凝結(jié)核，而在過飽和度較高(≥0.4%)的情況下，大于50 nm的顆粒物有可能活化成云凝結(jié)核，且顆粒物粒徑與其活化為云凝結(jié)核的能力之間存在正相關(guān)[22,25]。本文根據(jù)新粒子是否能對(duì)NCCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)，將NPF事件劃分為三類：第一類是能夠?qū)CCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)的NPF事件，即新粒子生成后粒徑可以增長(zhǎng)至50 nm以上；第二類是不能對(duì)NCCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)的NPF事件，即新粒子生成后粒徑不能增長(zhǎng)至50 nm；第三類是由于大氣中不同氣團(tuán)相互混合，導(dǎo)致某些NPF事件無(wú)法判斷其能否對(duì)NCCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)。本文主要探討兩年觀測(cè)采暖期間的第一類NPF事件，也就是具有潛在氣候效應(yīng)的NPF事件。

表2 兩年觀測(cè)采暖期間新粒子生成事件的發(fā)生頻率、發(fā)生類型及天氣狀況

2013和2016年觀測(cè)采暖期間，23次NPF事件的特征值如表3所示。2016年新粒子生成速率在2016年為(4.0±2.0) cm-3·s-1，約為2013年(2.2±0.8) cm-3·s-1的1.8倍，NMINP在2016年約為2013年的1.7倍。在2016年，較高的FR和NMINP可能由于CS降低導(dǎo)致的。而與2013年相比，2016年采暖期CS的降低主要是由于減排措施的加強(qiáng)導(dǎo)致大氣氣溶膠數(shù)濃度的降低引起的。新粒子增長(zhǎng)速率在兩年基本一致，但Dpgmax和SP在2013年均大于2016年，說明新粒子在污染大氣中(2013年)更容易增長(zhǎng)到云凝結(jié)核的粒徑范圍，這與Zhu等[26]的研究一致。

表3 兩年觀測(cè)采暖期間新粒子生成事件的特征值

續(xù)表3

2.3 兩年觀測(cè)采暖期間新粒子活化為CCN能力的個(gè)例分析

在兩年采暖期間，我們只觀測(cè)到8次有可能會(huì)對(duì)NCCN產(chǎn)生實(shí)際貢獻(xiàn)的NPF事件，占所有NPF事件的35%。本小節(jié)從2013和2016年的第一類NPF事件各挑選出一例，以對(duì)比在不同過飽和度下第一類NPF事件對(duì)CCN數(shù)濃度和活化率的貢獻(xiàn)。

在2013年11月10日，新粒子生成事件開始于10:00。在新粒子生成初期，風(fēng)向由南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)速由1.6 m·s-1增長(zhǎng)至2.0 m·s-1，SO2濃度約為31 μg·m-3，NO2+O3濃度從62 μg·m-3上升至69 μg·m-3,說明大氣的氧化能力增強(qiáng)。N<30 nm在3 h內(nèi)從2.7×103cm-3增長(zhǎng)到2.1×104cm-3，之后降低到1.9×103cm-3(見圖1(b))。計(jì)算的生成速率為3.4 cm-3·s-1，新粒子數(shù)濃度凈增長(zhǎng)量為1.9×104cm-3。從11:00到17:00，Dpg從16 nm增長(zhǎng)到64 nm，之后緩慢增長(zhǎng)到80 nm左右。計(jì)算的增長(zhǎng)速率為6.5 nm·h-1。新粒子可以增長(zhǎng)到云凝結(jié)核粒徑范圍的存活率為53%，意味著新粒子生成后增長(zhǎng)到云凝結(jié)核的概率較大。在新粒子增長(zhǎng)階段，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，風(fēng)速為2.0～3.3 m·s-1，SO2濃度由29 μg·m-3增長(zhǎng)至47 μg·m-3。在新粒子信號(hào)消失時(shí)，風(fēng)向由西北風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)速和SO2濃度沒有顯著變化。因此，新粒子的消失可能由風(fēng)向的改變引起的。

在低過飽和度(0.2%)下，在15:14之前，NCCN緩慢增長(zhǎng)到2.5×103cm-3。此時(shí)新粒子中值粒徑Dpg從16 nm長(zhǎng)到40 nm，不足以對(duì)NCCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)。NCCN的增長(zhǎng)是由于大于50 nm的背景顆粒物數(shù)濃度增加引起的(見圖1(b))。從15:42到16:38，在0.2%SS下，NCCN從2.1×103cm-3增加到3.7×103cm-3，此時(shí)Dpg從49 nm增加到62 nm，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度增加了約86%(見圖1(c))。在中高過飽和度(0.4%SS，0.6%SS)下，新粒子對(duì)NCCN的貢獻(xiàn)更加明顯。NCCN在14:23之前的緩慢增長(zhǎng)，同樣也是由于背景顆粒物的數(shù)濃度增加引起的。從14:51到16:43，NCCN(0.4%SS)從4.1×103cm-3增長(zhǎng)到9.5×103cm-3。從14:56到16:48，NCCN(0.6%SS)從6.0×103cm-3增長(zhǎng)到1.3×104cm-3。在0.4%SS和0.6%SS下，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度分別增加了約1.3和1.2倍。由圖1(d)可以發(fā)現(xiàn)，在NCCN緩慢增長(zhǎng)期間，AR在三個(gè)過飽和度均基本不變。隨著新粒子粒徑的增長(zhǎng)，新粒子更容易被活化為CCN，活化率也隨之增大。在0.2%SS時(shí)，AR最高值為0.17，在0.4%SS和0.6%SS下最高值為0.36和0.48。

圖1 2013年11月10日觀測(cè)到的NPF事件中顆粒物粒徑分布(a)、核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度N<30 nm和大于50 nm顆粒物數(shù)濃度N>50 nm(b)、0.2%, 0.4%和0.6% SS下的 NCCN和 AR(c,d)

在2017年2月17日，NPF事件開始于9:46(見圖2(a))。在新粒子的發(fā)生初期，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，風(fēng)速由6.6 m·s-1降低至4.8 m·s-1，SO2和NO2+O3濃度基本不變，分別約為12和86 μg·m-3。N<30 nm在1.5 h內(nèi)從5.4×103cm-3增長(zhǎng)到2.7×104cm-3，之后降低到5.9×103cm-3(見圖2(b))。從9:46到14:00，Dpg從10 nm增長(zhǎng)到35 nm。之后Dpg緩慢增長(zhǎng)至48 nm。在新粒子的增長(zhǎng)階段風(fēng)向大致相同,均為東南風(fēng)，污染氣體濃度變化不大，SO2濃度由10 μg·m-3增長(zhǎng)至13 μg·m-3，NO2+O3濃度由91 μg·m-3增長(zhǎng)至99 μg·m-3，風(fēng)速由5.4 m·s-1降低至2.9 m·s-1。17:00后，風(fēng)向由東南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，但因新粒子模態(tài)受污染煙羽的影響，故不作討論。在17:00之前，新粒子增長(zhǎng)為云凝結(jié)核的存活率為38%，低于2013年11月10日。本文的觀測(cè)結(jié)果顯示，較低的SO2濃度可能是新粒子存活率較低的原因之一。此外，大氣中有機(jī)氣體的種類和濃度等都可能影響新粒子增長(zhǎng)速率和存活率，值得進(jìn)一步研究。

在0.2%SS下，NCCN在11:29～13:21緩慢增長(zhǎng)，從0.6×103cm-3增長(zhǎng)到1.2×103cm-3(見圖2(c))。此時(shí)Dpg從14 nm增長(zhǎng)到28 nm，新粒子粒徑不足以對(duì)NCCN產(chǎn)生貢獻(xiàn)。因此，NCCN的增長(zhǎng)是由于大于50 nm的背景顆粒物數(shù)濃度增加引起的(見圖2(b))。從15：13到16：37，NCCN發(fā)生了快速增長(zhǎng)，從1.3×103cm-3增加到1.9×103cm-3。此時(shí)Dpg從38 nm增加到47 cm-3，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度增加了約46%。從15:18到16:42，NCCN(0.4%SS)從2.6×103cm-3增長(zhǎng)到4.5×103cm-3。從15:23到16:47，NCCN(0.6%SS)從3.6×103cm-3增長(zhǎng)到6.0×103cm-3。在過飽和度為0.4%和0.6%時(shí)，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度增加了70%。根據(jù)圖2(d)，在NCCN緩慢增長(zhǎng)的階段，AR在三個(gè)過飽和度下幾乎不變。隨著新粒子粒徑的不斷增長(zhǎng)，活化率也在逐漸在增大。在0.2%SS、0.4%SS和0.6%SS下，AR最高值分別為0.08、0.18和0.23。綜合兩個(gè)不同年份的個(gè)例可以看出，在三個(gè)不同過飽和度下，新粒子對(duì)NCCN的貢獻(xiàn)和新粒子增長(zhǎng)為云凝結(jié)核后的活化效率在2017年2月17日均要小于與2013年11月10日。

圖2 2017年2月17日觀觀測(cè)到的NPF事件中顆粒物粒徑分布(a)、核模態(tài)顆粒物數(shù)濃度N<30 nm和大于50 nm顆粒物數(shù)濃度N>50 nm(b)、0.2%, 0.4%和0.6%SS下的NCCN和AR(c、d)

3 結(jié)論

本文探究2013和2016年青島地區(qū)采暖期間新粒子生成事件的特征及活化為CCN能力的變化特征，初步結(jié)論如下：

(1)2016年觀測(cè)采暖期間的NCN比2013年下降了48%，這可能與污染物減排措施的加強(qiáng)相關(guān)。在0.2%SS時(shí)，2016年的NCCN比2013年增加了6%；而0.4%和0.6%SS下，2016年的NCCN比2013年分別下降了25%和36%。2016年相比2013年，在N>100 nm下降的條件下，低飽和度NCCN反而增加，這表明，大于100 nm顆粒物的活化能力增強(qiáng)，抵消顆粒物數(shù)濃度減少對(duì)云凝結(jié)核數(shù)濃度的影響。

(2)2013和2016年采暖期間，新粒子生成事件的發(fā)生頻率相近，分別為37%和35%。2016年的FR和NMINP高于2013年，可能由于2016年CS的降低導(dǎo)致的。新粒子增長(zhǎng)速率在兩年基本一致，但Dpgmax和SP在2013年均大于2016年，說明新粒子在2013年更容易增長(zhǎng)到云凝結(jié)核的粒徑范圍。

(3)2013年11月10日的新粒子生成事件中，在0.2%SS、0.4%SS和0.6%SS下，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度分別增加了約0.9倍、1.3倍和1.2倍，2017年2月17日的新粒子生成事件中，在0.2%SS、0.4%SS和0.6%SS下，新粒子的粒徑增長(zhǎng)使NCCN數(shù)濃度分別增加了約0.5倍、0.7倍和0.7倍。在2016年觀測(cè)采暖期，新粒子對(duì)NCCN數(shù)濃度貢獻(xiàn)的降低，其原因可能是SP的降低導(dǎo)致的。此外，在三個(gè)不同過飽和度下，新粒子增長(zhǎng)為云凝結(jié)核后的活化效率在2017年2月17日均要小于2013年11月10日。本研究表明，減排措施的加強(qiáng)會(huì)降低新粒子增長(zhǎng)為CCN的概率及其活化能力。