宿舍楼二氧化氮和二氧化硫浓度垂直分布特征研究

李云辉 廖红霞 赖美伶 陈卓徽

摘 要：本文选取靠近广州大道某高校1楼（西门口）、五栋宿舍楼的9楼及18楼作为采样点。分别在4月、7月、11月、1月进行连续七天的采样，每天采样3次（上午7：00-8：00、中午11：30-12：30、下午17：30-18：30），每次采样1h。研究结果表明，随着高度的增加，二氧化氮和二氧化硫的浓度呈下降趋势;二氧化氮和二氧化硫浓度在冬季最大，夏季最小，春秋季次之。

关键词：二氧化氮;二氧化硫;垂直分布特征

1 前言

21世纪以来，随着我国经济的快速发展，城市化水平不断的提高、工业的快速崛起、人口及机动车排放尾气的增加等。人们越来越关注大气环境污染问题，国家也出台相应的政策为控制大气污染物，在“十二五”期间，二氧化氮和二氧化硫被列为大气污染物总量控制指标。近年来，政府和学者更加关注大气PM2.5污染状况，其中硝酸盐和硫酸盐等次级颗粒已成为PM2.5的主要成分组成，而硝酸盐和硫酸盐的前体物质是二氧化氮和二氧化硫。大气中二氧化氮和二氧化硫对人体、动植物以及环境有较大的危害，它们参与酸雨和光化学烟雾的形成，人体吸入这两种气体可对呼吸器官造成损伤。目前，国内外对于二氧化氮和二氧化硫的时空分布特征的研究较多，但是它们的垂直分布特征较为少见。因此，对宿舍楼二氧化氮和二氧化硫浓度的垂直分布特征进行分析具有较好的现实意义。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

TH-150C空气采样器（武汉天虹）、分光光度计等。

2.2 样品采集

参照《环境空气 二氧化氮的测定 Saltzman法》、《环境空气 二氧化硫的测定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》分别对二氧化氮和二氧化硫进行采样分析。本次试验一共设置了3个采样点，分别位于西门口、五栋宿舍楼的9楼和18楼。采样时间段为春季（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）三个时间段，分别为上午（7：00-8：00）、中午（11：30-12：30）、下午（17：30-18：30）。

3 监测结果

3.1 不同季节二氧化氮和二氧化硫浓度垂直分布特点

从图3.1可看出不同季节二氧化氮不同季节浓度变化分别为冬季>春季>秋季>夏季。不同楼层中二氧化氮浓度变化分别为1楼（西门口）>9楼>18楼;从图表中可看出，即使在不同季节，二氧化氮的浓度均随着高度的增加而降低;其浓度最大值出现在冬季，最小值在夏季，分别为20ug/m3、8ug/m3。

从图3.2可看出二氧化硫浓度随着季节的变化，分别为冬季>春季>秋季>夏季;不同楼层中二氧化硫的浓度由大到小分别为：1楼（西门口）>9楼>18楼。从图表中可看出，即使在不同季节，二氧化氮的浓度均随着高度的增加而降低;其浓度的最大值出现在冬季，最小值在夏季，分别为14ug/m3、5ug/m3。

从以上结果可得出二氧化氮还是二氧化硫的浓度在四个季节中的垂直分布特点都是一样的，随着高度的增加而递减;在同一采样点和时间段内，二氧化氮浓度略高于二氧化硫浓度。它们的浓度高低受当地的气象条件、汽车尾气排放及人群活动的影响[1]。

3.1.1 受风速影响

气体的扩散与稀释主要受风速和湍流的影响。高度越高，风速就越大，气体扩散和稀释效果越强，则气体质量浓度就越低;随着高度的降低，风速逐渐变小，气体扩散和稀释作用受到抑制，从而导致气体累积和浓度增加。随着高度的增加二氧化氮和二氧化硫浓度降低。

3.1.2 受气压影响

采样期间，均为晴朗天气。当天气晴朗时，地面通常会通过高压来控制表面，并且中央部分的空气下降到周围，容易使所形成的气体的下沉和积聚，气体难以扩散稀释，从而导致二氧化氮和二氧化硫浓度在地面较高。

3.1.3 受气候影响

有研究表明，降水能有效的清除大气污染物，同时增加空气湿度，二氧化氮和二氧化硫易溶于水与水发生反应，导致浓度降低;另外，夏季太阳辐射量较多，大气对流强烈，大气污染物更容易稀释扩散，因此夏季二氧化氮和二氧化硫浓度低。冬季大气污染物难以扩散;在冷高压的影响下，大气层相对稳定，污染物的垂直扩散能力较低，近地层污染物容易堆积，因此二氧化氮和二氧化硫浓度在冬季最高。

3.1.4 受温度影响

夏季气温高，地表在接受强烈的阳光辐射的同时会向近地面迅速传递热量，使得大气对流运动在垂直方向上加强，气体混合效果提高，更易于气体向高空输送和扩散，避免其在低空累积，从而气体质量浓度下降。冬季气温低，日照时间较短，太阳辐射作用弱，在低温作用下，贴地逆温持续时间较长并且相对稳定，气体难以扩散，以致气体浓度增加。

3.1.5 受汽车尾气影响

本文采样地点为宿舍楼不同楼层，且靠近广州大道南，人口密集、车流量大。二氧化氮和二氧化硫主要来自汽车尾气的排放;大量的汽车尾气排放使二氧化氮浓度增加。另外，空气中的一氧化氮不稳定，易于转化成二氧化氮，使空气中二氧化氮含量增加。

4 结论

本文在春、夏、秋、冬四个不同季节对宿舍楼不同点位和不同楼层的二氧化氮和二氧化硫浓度进行样品采集并对垂直分布特征进行分析。结论如下：

①受风速、湍流、气压等的影响，二氧化氮和二氧化硫浓度都随着高度的增加而递减。海拔越高，风速越大，污染物就浓度越容易被稀释和扩散，则二氧化氮和二氧化硫浓度低;

②受气候影响，二氧化氮和二氧化硫浓度的最大值在冬季，最小值在夏季。廣州属南亚热带季风海洋性气候区，冬季低温、干燥、少雨，不利于污染物的扩散稀释;夏季高温、高湿、多雨，有利于污染物的扩散稀释;

③由于靠近广州大道，受汽车尾气等的影响较大，位于西门口的二氧化氮和二氧化硫浓度高于宿舍楼。

参考文献：

[1]刘琳琳.差分吸收激光雷达观测淮南大气SO2和NO2浓度时空分布实验研究[D].合肥：中国科学技术大学，2019.