宿舍樓二氧化氮和二氧化硫濃度垂直分布特征研究

李云輝 廖紅霞 賴美伶 陳卓徽

摘 要：本文選取靠近廣州大道某高校1樓（西門口）、五棟宿舍樓的9樓及18樓作為采樣點(diǎn)。分別在4月、7月、11月、1月進(jìn)行連續(xù)七天的采樣，每天采樣3次（上午7：00-8：00、中午11：30-12：30、下午17：30-18：30），每次采樣1h。研究結(jié)果表明，隨著高度的增加，二氧化氮和二氧化硫的濃度呈下降趨勢;二氧化氮和二氧化硫濃度在冬季最大，夏季最小，春秋季次之。

關(guān)鍵詞：二氧化氮;二氧化硫;垂直分布特征

1 前言

21世紀(jì)以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化水平不斷的提高、工業(yè)的快速崛起、人口及機(jī)動車排放尾氣的增加等。人們越來越關(guān)注大氣環(huán)境污染問題，國家也出臺相應(yīng)的政策為控制大氣污染物，在“十二五”期間，二氧化氮和二氧化硫被列為大氣污染物總量控制指標(biāo)。近年來，政府和學(xué)者更加關(guān)注大氣PM2.5污染狀況，其中硝酸鹽和硫酸鹽等次級顆粒已成為PM2.5的主要成分組成，而硝酸鹽和硫酸鹽的前體物質(zhì)是二氧化氮和二氧化硫。大氣中二氧化氮和二氧化硫?qū)θ梭w、動植物以及環(huán)境有較大的危害，它們參與酸雨和光化學(xué)煙霧的形成，人體吸入這兩種氣體可對呼吸器官造成損傷。目前，國內(nèi)外對于二氧化氮和二氧化硫的時空分布特征的研究較多，但是它們的垂直分布特征較為少見。因此，對宿舍樓二氧化氮和二氧化硫濃度的垂直分布特征進(jìn)行分析具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

TH-150C空氣采樣器（武漢天虹）、分光光度計(jì)等。

2.2 樣品采集

參照《環(huán)境空氣 二氧化氮的測定 Saltzman法》、《環(huán)境空氣 二氧化硫的測定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》分別對二氧化氮和二氧化硫進(jìn)行采樣分析。本次試驗(yàn)一共設(shè)置了3個采樣點(diǎn)，分別位于西門口、五棟宿舍樓的9樓和18樓。采樣時間段為春季（2019年4月15-21日）、夏季（7月14-20日）、秋季（11月4-10日）、冬季（2020年1月13-19日）三個時間段，分別為上午（7：00-8：00）、中午（11：30-12：30）、下午（17：30-18：30）。

3 監(jiān)測結(jié)果

3.1 不同季節(jié)二氧化氮和二氧化硫濃度垂直分布特點(diǎn)

從圖3.1可看出不同季節(jié)二氧化氮不同季節(jié)濃度變化分別為冬季>春季>秋季>夏季。不同樓層中二氧化氮濃度變化分別為1樓（西門口）>9樓>18樓;從圖表中可看出，即使在不同季節(jié)，二氧化氮的濃度均隨著高度的增加而降低;其濃度最大值出現(xiàn)在冬季，最小值在夏季，分別為20ug/m3、8ug/m3。

從圖3.2可看出二氧化硫濃度隨著季節(jié)的變化，分別為冬季>春季>秋季>夏季;不同樓層中二氧化硫的濃度由大到小分別為：1樓（西門口）>9樓>18樓。從圖表中可看出，即使在不同季節(jié)，二氧化氮的濃度均隨著高度的增加而降低;其濃度的最大值出現(xiàn)在冬季，最小值在夏季，分別為14ug/m3、5ug/m3。

從以上結(jié)果可得出二氧化氮還是二氧化硫的濃度在四個季節(jié)中的垂直分布特點(diǎn)都是一樣的，隨著高度的增加而遞減;在同一采樣點(diǎn)和時間段內(nèi)，二氧化氮濃度略高于二氧化硫濃度。它們的濃度高低受當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、汽車尾氣排放及人群活動的影響[1]。

3.1.1 受風(fēng)速影響

氣體的擴(kuò)散與稀釋主要受風(fēng)速和湍流的影響。高度越高，風(fēng)速就越大，氣體擴(kuò)散和稀釋效果越強(qiáng)，則氣體質(zhì)量濃度就越低;隨著高度的降低，風(fēng)速逐漸變小，氣體擴(kuò)散和稀釋作用受到抑制，從而導(dǎo)致氣體累積和濃度增加。隨著高度的增加二氧化氮和二氧化硫濃度降低。

3.1.2 受氣壓影響

采樣期間，均為晴朗天氣。當(dāng)天氣晴朗時，地面通常會通過高壓來控制表面，并且中央部分的空氣下降到周圍，容易使所形成的氣體的下沉和積聚，氣體難以擴(kuò)散稀釋，從而導(dǎo)致二氧化氮和二氧化硫濃度在地面較高。

3.1.3 受氣候影響

有研究表明，降水能有效的清除大氣污染物，同時增加空氣濕度，二氧化氮和二氧化硫易溶于水與水發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致濃度降低;另外，夏季太陽輻射量較多，大氣對流強(qiáng)烈，大氣污染物更容易稀釋擴(kuò)散，因此夏季二氧化氮和二氧化硫濃度低。冬季大氣污染物難以擴(kuò)散;在冷高壓的影響下，大氣層相對穩(wěn)定，污染物的垂直擴(kuò)散能力較低，近地層污染物容易堆積，因此二氧化氮和二氧化硫濃度在冬季最高。

3.1.4 受溫度影響

夏季氣溫高，地表在接受強(qiáng)烈的陽光輻射的同時會向近地面迅速傳遞熱量，使得大氣對流運(yùn)動在垂直方向上加強(qiáng)，氣體混合效果提高，更易于氣體向高空輸送和擴(kuò)散，避免其在低空累積，從而氣體質(zhì)量濃度下降。冬季氣溫低，日照時間較短，太陽輻射作用弱，在低溫作用下，貼地逆溫持續(xù)時間較長并且相對穩(wěn)定，氣體難以擴(kuò)散，以致氣體濃度增加。

3.1.5 受汽車尾氣影響

本文采樣地點(diǎn)為宿舍樓不同樓層，且靠近廣州大道南，人口密集、車流量大。二氧化氮和二氧化硫主要來自汽車尾氣的排放;大量的汽車尾氣排放使二氧化氮濃度增加。另外，空氣中的一氧化氮不穩(wěn)定，易于轉(zhuǎn)化成二氧化氮，使空氣中二氧化氮含量增加。

4 結(jié)論

本文在春、夏、秋、冬四個不同季節(jié)對宿舍樓不同點(diǎn)位和不同樓層的二氧化氮和二氧化硫濃度進(jìn)行樣品采集并對垂直分布特征進(jìn)行分析。結(jié)論如下：

①受風(fēng)速、湍流、氣壓等的影響，二氧化氮和二氧化硫濃度都隨著高度的增加而遞減。海拔越高，風(fēng)速越大，污染物就濃度越容易被稀釋和擴(kuò)散，則二氧化氮和二氧化硫濃度低;

②受氣候影響，二氧化氮和二氧化硫濃度的最大值在冬季，最小值在夏季。廣州屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候區(qū)，冬季低溫、干燥、少雨，不利于污染物的擴(kuò)散稀釋;夏季高溫、高濕、多雨，有利于污染物的擴(kuò)散稀釋;

③由于靠近廣州大道，受汽車尾氣等的影響較大，位于西門口的二氧化氮和二氧化硫濃度高于宿舍樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉琳琳.差分吸收激光雷達(dá)觀測淮南大氣SO2和NO2濃度時空分布實(shí)驗(yàn)研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2019.