北京市南西部郊外における水溶性有機エアロゾルの化学的特性と発生源

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J Environ Sci (China).2020 Sep;95:99-110. S1001-0742(20)30151-0. doi: 10.1016/j.jes.2020.04.004.Epub 2020-04-16.

北京市南西部郊外における水溶性有機エアロゾルの化学的特性と発生源

Chemical characteristics and sources of water-soluble organic aerosol in southwest suburb of Beijing.

Ruolan Hu
Qingcheng Xu
Shuxiao Wang
Yang Hua
Noshan Bhattarai
Jingkun Jiang
Yu Song
Kaspar R Daellenbach
Lu Qi
Andre S H Prevot
Jiming Hao

PMID: 32653198 DOI: 10.1016/j.jes.2020.04.004.

抄録

北京市南西部に位置する郊外のサイト（以下、LLHサイト）において、2014年から2015年にかけて秋から冬にかけてPMフィルターのサンプリングと成分測定を実施した。水溶性有機エアロゾル（WSOA）の測定と発生源の配分には、オフラインエアロゾル質量分析（offline-AMS）分析と正マトリックス因数分解（PMF）を適用した。有機エアロゾル(OA)は、サンプリング期間中、特に冬期には常にPMを支配していた。秋季(31.1μg/m)及び冬季(31.9μg/m)の汚染期間中、WSOAの汚染は深刻であったが、秋季の汚染期間中のOAに占めるWSOAの割合は54.4%であり、冬季のそれ(21.3%)を大きく上回っていた。LLHサイトでは、WSOAの酸化度が高く(酸素/炭素比、O/C=0.91)、二次有機エアロゾル(SOA)が一次有機エアロゾル(POA)よりもWSOAの寄与度が高いことがわかった。冬季には、石炭燃焼OA(CCOA)が安定したOA源であり、平均でWSOAの25.1%を占めていた。秋には、家庭燃焼によるバイオマス燃焼OA(BBOA)が汚染期間中のWSOAの38.3%を占めた。SOAの重要な要因としては、酸素化OA(OOA)に加えて、水性酸素化OA(aq-OOA)が確認された。また、高濃度汚染時には、WSOAに対するaq-OOAの質量比率が有意に増加し、水相プロセスによるSOAの形成が顕著であることが示唆された。本研究の結果は、家庭用石炭やバイオマスの燃焼を制御することに集中するとともに、OA形成における水相化学に関する研究の必要性を浮き彫りにした。

PM filter sampling and components measurement were conducted in autumn and winter from 2014 to 2015 at a suburban site (referred herein as "LLH site") located in the southwest of Beijing. The offline aerosol mass spectrometry (offline-AMS) analysis and positive matrix factorization (PMF) were applied for measurement and source apportionment of water-soluble organic aerosol (WSOA). Organic aerosol (OA) always dominated PM during the sampling period, especially in winter. WSOA pollution was serious during the polluted period both in autumn (31.1 µg/m) and winter (31.9 µg/m), while WSOA accounted for 54.4% of OA during the polluted period in autumn, much more than that (21.3%) in winter. The oxidation degree of WSOA at LLH site was at a high level (oxygen-to-carbon ratio, O/C=0.91) and secondary organic aerosol (SOA) contributed more mass ratio of WSOA than primary organic aerosol (POA) during the whole observation period. In winter, coal combustion OA (CCOA) was a stable source of OA and on average accounted for 25.1% of WSOA. In autumn, biomass burning OA (BBOA) from household combustion contributed 38.3% of WSOA during polluted period. In addition to oxygenated OA (OOA), aqueous-oxygenated OA (aq-OOA) was identified as an important factor of SOA. During heavy pollution period, the mass proportion of aq-OOA to WSOA increased significantly, implying the significant SOA formation through aqueous-phase process. The result of this study highlights the concentration on controlling the residential coal and biomass burning, as well as the research needs on aqueous chemistry in OA formation.