北亚得里亚海岸PM2.5、碳质组分及水溶性离子的五年综合评估：酸度特征与来源解析

《Journal of Hand Therapy》：Comprehensive Five-Year Assessment of PM2.5, Carbonaceous Species, and Water-Soluble Ions on the Northern Adriatic Coast: Acidity and Source Characterization

　　

研究人员在北亚得里亚海岸的里耶卡市开展了为期五年的细颗粒物(PM2.5)长期观测，旨在识别空气污染物的来源、季节依赖性及其变化趋势，为制定高效的空气质量管理策略以减轻对环境和人体健康的负面影响提供依据。研究结果显示，尽管整个观测期间的年均PM2.5质量浓度均超过了世界卫生组织(WHO)最新的空气质量指导值，但仍观察到了显著的下降趋势。观测得到的碳质组分和水溶性离子的年均质量浓度与文献报道相当，其中部分组分表现出明显的季节性变化。研究人员利用ISORROPIA-II热力学模型评估了PM2.5颗粒的酸性特征，发现硫酸盐(SO42-)在颗粒相质量中占主导地位。来源解析研究（因子分析与正定矩阵因子分解PMF）表明，里耶卡地区存在五个主要污染因子，共同解释了约90%的浓度方差。二次污染源（二次硫酸盐SecS与二次硝酸盐SecN）是贡献最大的来源，其余识别出的来源包括海盐、生物质燃烧及地壳尘。

《Journal of Hand Therapy》论文解读：北亚得里亚海岸PM_2.5化学特征与来源解析

研究背景与意义

大气细颗粒物(PM_2.5)因其较小的空气动力学直径（小于2.5微米）能够深入人体呼吸系统，并通过产生活性氧(ROS)引发氧化应激，导致哮喘、心血管疾病甚至过早死亡，已成为全球关注的重大环境问题。北亚得里亚海岸作为重要的航运枢纽和旅游目的地，其复杂的地形与气象条件使得空气污染机制尤为复杂。尽管该地区已有短期研究，但针对PM_2.5化学组分（特别是碳质组分与水溶性离子）的长期系统性观测数据依然匮乏，尤其是关于气溶胶酸度的热力学模拟研究尚属空白。鉴于此，研究人员开展了这项为期五年的连续观测，旨在通过深入理解污染物的化学组成与来源，为当地制定符合欧盟及WHO标准的空气质量管理政策提供科学依据。

主要关键技术方法

本研究于2017年至2021年在克罗地亚里耶卡的城区背景点开展每日采样。研究人员使用低流量参考采样器采集PM_2.5样品，分别采用热光透射法(TOT)依据EUSAAR_2协议测定有机碳(OC)与元素碳(EC)，并使用离子色谱法(IC)分析水溶性离子。在数据处理方面，研究人员通过计算等效阳离子与阴离子比、铵硫摩尔比来评估酸碱平衡，并应用ISORROPIA-II模型进行气溶胶酸度的热力学模拟。来源解析则结合了化学质量平衡闭合、因子分析以及正定矩阵因子分解(PMF)模型，辅以HYSPLIT后向轨迹模型追溯气团来源。

研究结果

PM_2.5质量浓度

观测期间，PM_2.5日均浓度为9.9 ± 5.9 μg m^-3。虽然所有年份均低于欧盟现行标准（25 μg m^-3），但均超过了WHO指南值（5 μg m^-3）。研究人员观察到PM_2.5呈显著下降趋势，特别是在2020年和2021年，这可能与COVID-19限制措施导致的交通排放减少有关。季节分布上，冬季浓度通常较高，夏季较低。

碳质组分质量浓度

元素碳(EC)与有机碳(OC)的平均浓度分别为0.48 μg m^-3和2.70 μg m^-3。通过EC示踪法计算，二次有机碳(SOC)平均贡献了PM_2.5质量的24.7%，高于一次有机碳(POC)的10.1%。碳组分在冷季浓度较高，反映了供暖和交通等一次源的贡献，而暖季则受光化学反应生成二次气溶胶的影响较大。

水溶性离子质量浓度

硫酸盐(SO₄^2-)、硝酸盐(NO₃^-)和铵盐(NH₄⁺)构成了主要的无机离子成分。非海盐硫酸盐(nssSO₄^2-)占总硫酸盐的99.3%，表明其主要来源于人为活动而非海洋。二次无机气溶胶(SIA)平均占PM_2.5质量的28.2%，其中夏季以硫酸盐和铵盐为主，冬季则以硝酸盐为主。

离子关系与气溶胶酸度

离子平衡分析显示阴离子略低于阳离子。铵硫摩尔比(NH₄⁺/SO₄^2-)平均为1.5以下，表明里耶卡处于“贫氨环境”，气溶胶呈酸性。ISORROPIA-II模型计算得出的PM_2.5pH值在4.5至6.8之间。尽管硫酸盐含量最高，但由于气溶胶液态水含量(ALWC)的稀释效应，其对酸度的贡献并非主导。气溶胶主要以硫酸铵((NH₄)₂SO₄)等形式存在。

来源表征

因子分析提取了五个主因子，解释了90%的方差。PMF模型进一步量化了各源的贡献：二次硫酸盐(SecS)占比最高，达53.7%，主要源于区域传输及工业排放；生物质燃烧(BB)占29.6%，主要集中在冬季，与居民取暖相关；海盐(SS)占7.9%；二次硝酸盐(SecN)占6.7%，与交通及工业排放有关；地壳尘(D)占1.6%，春季受撒哈拉沙尘影响显著；此外还有微量的氯化物因子(0.4%)。

讨论与结论总结

本研究首次提供了北亚得里亚海岸里耶卡市长达五年的PM_2.5化学组分与酸度数据集。研究表明，尽管PM_2.5浓度呈下降趋势，但超标现象依然存在，特别是二次气溶胶（包括SOC和SIA）构成了PM_2.5的主要部分（超过50%）。气溶胶酸度主要受贫氨环境控制，这对二次颗粒物的形成机制具有重要影响。来源解析揭示了区域传输（工业硫酸盐）和本地排放（生物质燃烧、交通）的共同作用。该研究成果不仅填补了该区域长期观测的数据空白，也为地方政府实施针对性的减排措施（如控制船舶燃料硫含量、监管生物质燃烧及交通排放）提供了坚实的科学支撑，有助于推动实现欧盟2030年的空气质量目标。