冬期の華北平原の農村地帯における大気中PMの汚染レベル、組成特性、発生源

Pollution levels, composition characteristics and sources of atmospheric PM in a rural area of the North China Plain during winter.

• Xiaoxi Zhao
• Xiujuan Zhao
• Pengfei Liu
• Can Ye
• Chaoyang Xue
• Chenglong Zhang
• Yuanyuan Zhang
• Chengtang Liu
• Junfeng Liu
• Hui Chen
• Jianmin Chen
• Yujing Mu

抄録

2017年冬期の中国北部平原（NCP）の農村地帯における予熱期から暖房期までのフィールド測定に基づき、大気中PMの汚染レベル、組成特性、発生源を調査した。PMの1時間平均濃度は150μg/mを頻繁に超え、400μg/mを達成することさえあり、農村部ではより厳格な制御対策が実施されているにもかかわらず、PM汚染は依然として非常に深刻であることが示された。加熱期間中の有機炭素(OC),元素炭素(EC),塩素イオン(Cl)の平均濃度は、加熱前と比較して、それぞれ20.8%,36.6%,38.8%増加し、それに伴いPMに占める割合は、それぞれ37.5%,9.8%,5.5%から42.9%,12.7%,7.2%へと増加した。暖房期間中の濃度と割合の有意な増加は、主に住宅用石炭の燃焼によるものである。硫酸塩,硝酸塩,アンモニウムの割合はそれぞれ夜間の9.9%,10.9%,9.0%から昼間の13.8%,16.2%,11.1%に増加しており、昼間の光化学反応が二次無機エアロゾルに顕著な寄与をしていることが示唆された。WRF-Chemによるシミュレーション結果から、農村部における家庭用石炭燃焼による排出量は、現在の排出量インベントリでは過小評価されていることが明らかになった。測定結果に基づいた正行列分解(PMF)により特定された6つの発生源は、住宅用石炭燃焼、二次的な無機エアロゾルの生成、バイオマス燃焼、自動車排出、粉塵の発生であり、大気中のPMにそれぞれ40.5%、21.2%、16.4%、10.8%、8.6%、2.5%寄与していることが明らかになった。

The pollution levels, composition characteristics and sources of atmospheric PM were investigated based on field measurement at a rural site in the North China Plain (NCP) from pre-heating period to heating period in winter of 2017. The hourly average concentrations of PM frequently exceeded 150 µg/m and even achieved 400 µg/m, indicating that the PM pollution was still very serious despite the implementation of stricter control measures in the rural area. Compared with the pre-heating period, the mean concentrations of organic carbon (OC), element carbon (EC) and chlorine ion (Cl) during the heating period increased by 20.8%, 36.6% and 38.8%, accompanying with increments of their proportions in PM from 37.5%, 9.8% and 5.5% to 42.9%, 12.7% and 7.2%, respectively. The significant increase of both their concentrations and proportions during the heating period was mainly ascribed to the residential coal combustion. The proportions of sulfate, nitrate and ammonium respectively increased from 9.9%, 10.9% and 9.0% in nighttime to 13.8%, 16.2% and 11.1% in daytime, implying that the daytime photochemical reactions made remarkable contributions to the secondary inorganic aerosols. The simulation results from WRF-Chem revealed that the emission of residential coal combustion in the rural area was underestimated by the current emission inventory. Six sources identified by positive matrix factorization (PMF) based on the measurement were residential coal combustion, secondary formation of inorganic aerosols, biomass burning, vehicle emission and raising dust, contributing to atmospheric PM of 40.5%, 21.2%, 16.4%, 10.8%, 8.6% and 2.5%, respectively.

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