Atmosferdeki aerosoller Dünya’nın ışınımsal kuvvetini modüle eder ve insan sağlığını olumsuz etkiler. Azot (N), ortam aerosollerini oluşturan ve inorganik nitrojen (IN) ve organik nitrojen (ON) formlarında bulunan önemli bir elementtir. Nitrat ve amonyum gibi IN aerosolleri geniş çapta ölçülürken, ON aerosollerinin bolluğu ve kaynakları, uzun vadede ON miktarını belirlemek için uygun bir yöntemin bulunmaması nedeniyle çok daha az değerlendirilmektedir. Son zamanlarda, herhangi bir ön işleme gerek kalmadan aerosol IN ve ON’un hassas ve eş zamanlı miktarının belirlenmesini sağlamak için programlanmış termo-evrim ve kemilüminesan tespit ile çok değişkenli eğri çözünürlüklü veri işlemeyi kullanan bir aerosol IN&ON analizörü geliştirdik. Yöntemin çığır açan buluşu, çok sayıda örnekte aerosol ON’un niceliksel ve doğru bir şekilde ölçülmesini kolaylaştırıyor. Bu çalışmada yeni yöntemi uyguladık ve Çin’deki farklı kentsel etkilere sahip 12 bölgeden toplanan 609 aerosol filtre örneğinde ON miktarını belirledik. Aerosol ON ve IN’in göreceli miktarları ve bunların kentsel ve banliyö atmosferlerindeki tipik değişen aralıkları ilk kez belirlendi. Bu çalışma aşağıdaki soruların yanıtlanmasına yardımcı olmuştur: (1) kentsel atmosferlerde aerosol ON’un miktarı ve toplam nitrojene (TN) katkısı ne kadardır? (2) azotlu organik aerosollerin (OA) oranı nedir?N) ortamdaki organik aerosolleri (OA) hesaba katıyor mu? (3) ON aerosollerinin ana kaynakları nelerdir? Bu araştırmanın başlıca bulguları şunlardır:
- Aerosol ON bolluğunun ortaya çıkarılması ve bunun güney ve kuzey Çin’deki aerosol TN’ye katkısı.
Ortalama aerosol ON konsantrasyonları 0,4 ila 1,4 μg N · m arasında değişiyordu-3 Kuzey Çin Ovası’ndaki (NCP) iki banliyö bölgesi, üç banliyö/kırsal bölge ve Pearl Nehri Deltası’ndaki (PRD) yedi kentsel bölge dahil olmak üzere Çin’deki 12 numune alma bölgesinde. ON’un TN’yi hesaba katan yüzdeleri, bölgelerde çoğunlukla %10-35 idi; bu, ON’un, aerosol N’nin ve dolayısıyla atmosferik N biriktirme bütçesinin önemli bir kısmını temsil ettiğini gösterir. Coğrafi konumlara ve kentsel etkilerin derecesine bağlı olarak 12 alanı üç gruba ayırıyoruz: Banliyö NCP, Banliyö/kırsal PRD ve kentsel PRD. Hem IN hem de ON, kuzey Çin’de güney Çin’e göre önemli ölçüde daha yüksek seviyeler gösterdi (PP = 0,08) (Şekil 1). PRD bölgesindeki kentsel ve banliyö/kırsal alan grupları arasında ON ortalaması kentsel alanlarda biraz daha yüksekti (PP = 0,62). Bu, ON-TN oranının ortalamasını kentsel ortamda (%22) banliyö/kırsal ortama (%17) göre daha yüksek hale getirir (P
Şekil 1. Çin’deki üç grup numune alma yerinde aerosol IN ve ON konsantrasyonlarının ve ON-TN oranının dağılım histogramları. İstatistiksel veriler (yani ortalamalar, medyanlar ve standart sapmalar) her grafikte sunulmaktadır. 12 numune alma alanı kentsel PRD, banliyö/kırsal PRD ve banliyö NCP olmak üzere üç gruba ayrılmıştır.
- OA tahminiN OA’ya katkı
OA’nın katkısını tahmin etmek için ortak olarak ölçülen aerosol organik karbon (OC) ve ON’dan yararlanıyoruz.N OA’ya. Matematiksel olarak OA’nın kesriN (yani nitrojen içeren tüm organik moleküllerin toplam kütlesi) OA’da Denklem 2’de gösterildiği gibi üç oranın ürünü olarak ifade edilebilir. (1A) ve Denklemdeki basitleştirilmiş bir versiyon. (1B):
OAN/OA=(OAN/AÇIK) × (AÇIK/OC) × (OC/OA) (1A)
OAN/OA=A× B×C (1B)
Nerede A OAN-AÇIK oranı, B ON-OC oranıdır ve C tamamı g/g biriminde olan OA-OC oranının tersidir. Daha spesifik olarak, A ON kütlesini N içeren organik moleküllerin kütlesine (yani OA) dönüştüren faktördürN yığın. Moleküler düzeyde bu bilgi, bilinen moleküler formüle sahip bireysel moleküller için tam olarak bilinir (örneğin, üre için 2.14, vb.). Tahmini A ortam OA’sı için, OA’yı oluşturan gruplara yönelik ortalama moleküler formüller varsayılarak yapılabilir.N literatürü tarayarak. B toplu OA’nın N-C kütle oranıdır. Bu oran 600’den fazla ortam PM için ölçülmüştür2.5 Yukarıda bahsedildiği gibi Çin’deki 12 tesisten toplanan aerosol örnekleri. Karşılıklı CLiteratürde OA-OC oranı olarak daha iyi bilinen OC kütlesini OA kütlesine dönüştürür.
Şekil 2. Azotlu moleküllerin organik aerosole (yani OA) katkısının tahmin edilmesiN/OA) üç oran miktarı (OA) kullanılarakN/ON, ON/OC ve OA/OC). (A) OA’nın dağılımıN/ON, OA ile ilgili mevcut çalışmaların sentezlenmesiyle elde edilir.N Monte Carlo simülasyonlarını oluşturur ve yürütür. (B) ON/OC dağılımı, çizimdeki gri çubuklarla temsil edilen 600’den fazla aerosol numunesinin ölçümlerinden elde edilmiştir. (C)OA/OC değerleri 1,3-2,5 aralığında sınırlandırılmıştır ve log-normal dağılıma uyduğu varsayılmaktadır. (D) Ortaya çıkan OAN/OA oranı, OA’nın kısıtlı dağılımlarının Monte Carlo simülasyonları yoluyla belirlenirN/ON, ON/OC ve OA/OC.
Olası OA popülasyonunu tahmin ettikNMonte Carlo (MC) simülasyonunu kullanan /OA değerleri. Nüfus dağılımı B (yani ON/OC), 12 bölgeden toplanan 609 örnekle iyi bir şekilde tanımlanmıştır. Popülasyon ortalaması 0,11, standart sapması 0,06 ve medyanı 0,10 olan lognormal bir dağılım sergiler (Şekil 2B). Karşılıklı C (yani, OA/OC), organik aerosollerle ilgili geçmişte yapılan çok sayıda çalışmaya dayanarak 1,3-2,5 aralığında sınırlandırılmıştır ve log-normal bir dağılım takip ettiği varsayılmaktadır (Şekil 2C). Dağıtım alanını kısıtlıyoruz A aşağıdan yukarıya bir yaklaşım benimseyerek, yani toplu OAN/ON, ON’u organik bileşik kütlesine dönüştürme faktörlerinin kimyasal formüllerinden bilindiği üre, amino asitler vb. gibi nitrojenli bileşiklerin ayrı ayrı kurucu gruplarının toplanmasıyla hesaplanır. OA’nın karmaşık karışım yapısından dolayıNŞekil 2A’daki dağılımı oluşturmak için MC simülasyonları yapıldı. anlamı A %95 güven aralığıyla 7,16 olduğu tahmin ediliyor [6.45, 7.78]. Kısıtlı dağılımların MC simülasyonuna dayanarak A, BVe Csonuçtaki OAN/OA oranının ortalama %42,2, ortanca %38,6 ve %95 güven aralığına sahip olduğu tahmin edilmektedir. [14.1%, 87.3%] (Şekil 2D). Tahmin için ayrıca kapsamlı duyarlılık testleri gerçekleştirdik. Son olarak, kentsel etkinin olduğu ortamlarda OA ortalamasınınN/OA ~%42’dir, muhtemelen %37-50 aralığındadır, oysa OA’nın %95 güven aralığıN/OA olurdu [12%, 94%].
- PMF reseptör modeline göre ON’un kaynak dağıtımı
Şu ana kadar aerosol ON’un ana kaynakları hakkında çok az şey biliyoruz. Bu çalışmada, kentsel TW, banliyö BJ ve kırsal NS bölgelerinden toplanan bir dizi numunenin pozitif matris faktörizasyonu (PMF) analizi ile aerosol ON kaynakları hakkında ilk kez niceliksel bilgi elde ettik (Şekil 3). . Aerosol ON’un yaklaşık %70’i, biyokütle yakılması, birincil biyolojik parçacıklar, araç emisyonları, pişirme, gemi emisyonları, toprak tozu ve sahalardaki deniz tuzu dahil olmak üzere birincil emisyonlardan türetilmiştir. Bunların arasında biyokütle yakılması önemli bir etkendi ve aerosol ON kütlelerinin %21-24’ünü oluşturuyordu (Şekil 3). Mevsimsel olarak, biyokütle yakımının katkısı kışın en yüksek, yazın ise en düşüktü. Karşılaştırıldığında, birincil biyolojik parçacık emisyonlarından türetilen ON’un oranı belirgin biçimde farklı mevsimsellik sergilemektedir; en yüksek oran her üç bölgede de yaz aylarında meydana gelmektedir. İkincil oluşum, ilkbaharda güney Çin’in TW ve NS bölgelerinde daha büyük bir ON oranını oluştururken, yaz aylarında kuzey Çin’in BJ bölgesinde daha belirgindi. Bu sonuçlar, aerosollerdeki N’nin organik kısmının jeokimyasal süreçleriyle ilgili bilgi boşluğunu kapatan aerosol ON kaynaklarının niceliksel olarak anlaşılmasını sağladı.
Şekil 3. Çin’de değişen kentsel etkiye sahip üç bölgede ana kaynak gruplarının aerosol ON’a yıllık ve mevsimsel ortalama katkıları. Üç site şunları içerir: Hong Kong’da (TW) bir kentsel alan, Güney Çin’de (NS) bir kırsal alan ve Kuzey Çin’de (BJ) bir banliyö alanı. Pastanın boyutu aerosol ON kütle konsantrasyonuyla orantılıdır (μg N·m-3). Biyokütle yakımı, ikincil oluşum ve biyolojik parçacık emisyonu olmak üzere üç ana kaynak grubu için bireysel katkılar gösterilmektedir. Endüstriyel emisyon, fosil yakıt yanmaları (kömür yanması, araç emisyonu, gemi emisyonu), toprak tozu ve deniz tuzunu içeren diğer birincil kaynaklar için toplu kaynak katkısı gösterilmektedir.