1999-2023年河内细颗粒物硫酸盐的长期观测：SO2区域排放和季风环流的影响

《Atmospheric Environment》：Long-term Observations of Fine Particulate Sulfate in Hanoi during 1999-2023: Impact of SO 2 Regional Emissions and Monsoon Circulations

　　

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  河内长期 PM_2.5 硫酸盐观测揭示了强烈的区域影响。
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  硫酸盐水平在 2006 年达到峰值，随后随着中国实施 SO₂ 控制措施而下降。
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  2007 年后，硫酸盐的季节最大值从冬季转移到了春夏季。
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  通过季风环流进行的远距离传输对硫酸盐有显著贡献。
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  硫酸盐测量有效追踪了区域政策的影响。

引言

细颗粒物（PM_2.5），定义为空气动力学直径小于 2.5 微米的颗粒物，是一种主要的城市空气污染物，其对人类健康和环境的不良影响已有充分记录。在 PM_2.5 的化学组成中，水溶性无机离子（WSIIs），特别是硫酸盐（SO₄^2-）、硝酸盐（NO^3-）和铵（NH₄⁺），在全球城市大气中通常占 PM_2.5 质量的 30–70%（Dong 等人，2014 年；Pathak 等人，2003 年；Seinfeld & Pandis，2016 年；Squizzato 等人，2013 年；Yang 等人，2011 年；Zheng 等人，2018 年；Hien 等人，2021 年）。这些次生无机气溶胶主要通过气态前体物的大气氧化形成，包括二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）和氨（NH₃），随后经历涉及臭氧和羟基自由基等氧化剂的复杂光化学反应的气转粒过程（Ianniello 等人，2011 年）。

人为排放的 SO₂ 和 NO_x 主要源自与发电和交通相关的化石燃料燃烧，而 NH₃ 排放主要由施肥和畜牧业等农业活动主导，车辆交通也有额外贡献（Bouwman 等人，1997 年；Wang 等人，2020 年）。在大气中，这些前体气体转化为硫酸（H₂SO₄）和硝酸（HNO₃），随后与氨反应形成次生无机盐，包括硫酸铵[(NH₄)₂SO₄]、硫酸氢铵（NH₄HSO₄）和硝酸铵（NH₄NO₃）。

在 PM_2.5 组分中，硫酸盐在空气质量、气候和生态系统过程中起着特别重要的作用。硫酸盐气溶胶影响人类健康，降低能见度，影响云的形成和辐射强迫，并作为区域能源使用和排放控制政策的指标（Ye 等人，2023 年；Wall 等人，2022 年）。因此，长期硫酸盐观测为评估经济发展和环境法规对大气成分的影响提供了宝贵的途径（Takemura，2020 年）。自 1999 年以来，河内的持续空气质量监测计划产生了一个庞大的数据集，包含硫酸盐、硝酸盐和铵的 24 小时 PM_2.5 浓度（Hien 等人，2004 年、2021 年、2024 年；Bac & Hien，2009 年）。除了离子色谱测量外，大量样本的硫含量还使用质子激发 X 射线发射（PIXE）进行了独立定量，从而实现了硫酸盐浓度的稳健推导和验证。这些测量共同得出了一个独特的长期数据集，涵盖二十多年（1999–2023 年）的 24 小时 PM_2.5 硫酸盐浓度。

以往的研究一致表明，河内 PM_2.5 硫酸盐中相当大的一部分，约 60%，源自与区域季风环流相关的远距离传输（LRT）（Hien 等人，2004 年、2021 年、2024 年；Bac & Hien，2009 年）。特别是，东北（NE）季风吹送富含硫酸盐的气团从中国南部的工业化地区传输到越南北部，导致冬季硫酸盐浓度升高。东亚和东南亚其他地区，如香港（Pathak 等人，2003 年），也报告了大陆流出对硫酸盐和铵水平产生的类似影响。

相比之下，由环境 SO₂ 排放形成的本地硫酸盐仅占河内观测到的硫酸盐负担的一小部分（Hien 等人，2024 年）。因此，地面测得的硫酸盐浓度预计主要反映区域 SO₂ 排放的空间和时间演变，并受大规模大气环流模式的调节。根据亚洲长期排放清单（Kurokawa & Ohara，2020 年），中国、印度和东南亚是过去几十年 SO₂ 排放的主要来源，污染物主要通过东北（NE）、西北（NW）和西南（SW）季风路径分别传输到河内。

在此背景下，本研究利用河内 PM_2.5 硫酸盐的长期地面测量数据来：(i) 表征 1999 年至 2023 年的多十年趋势和季节性变化，(ii) 评估区域 SO₂ 排放变化的影响，特别是与中国排放控制政策相关的变化，以及 (iii) 利用基于轨迹的来源分析量化季风驱动的远距离传输的作用。通过将观测到的硫酸盐趋势与区域排放清单和大气环流模式联系起来，本研究展示了如何通过持续的硫酸盐监测作为东南亚区域排放动态和跨界空气污染影响的有效指标。本稿件专门针对硫酸盐（SO₄^2-）以阐明其与区域排放清单数据相关的长期趋势，而另一项研究将探讨硝酸盐/铵比率、农业和交通的本地贡献以及酸性气溶胶的特征。

章节摘要

PM_2.5 采样

本研究基于河内 24 小时 PM_2.5 硫酸盐浓度的长期测量。PM_2.5 样本采集在 47 毫米直径的核孔聚碳酸酯滤膜上，使用国际原子能机构在 IAEA/RCA/RAS 项目框架内提供的 Gent 堆叠滤膜单元（Hopke 等人，1997 年），监测点位于一栋三层建筑的天台上（21°2'44.21"N, 105°47'53.39"E）。该地点具有代表性，受本地和

硫和硫酸盐浓度之间的关系

为确保通过 IC 确定的硫酸盐浓度与通过 PIXE 测量的硫浓度之间的一致性，图 1 检查了使用两种方法分析的样本。结果显示硫酸盐和硫浓度之间存在强线性关系（R² = 0.99），表示为：[SO₄^2-] = (3.01 ± 0.04) × [S] ? (0.07 ± 0.01)，表明在整个采样期间，硫浓度可以在一定程度上代表颗粒物中的硫酸盐浓度。这一发现

讨论

在河内观测到的 PM_2.5 硫酸盐浓度长期趋势紧随亚洲二氧化硫（SO₂）排放的演变。根据亚洲区域排放清单（REAS）（Kurokawa & Ohara，2020 年），亚洲 SO₂ 总排放量自 1990 年代后期以来稳步增加。它们在 2006 年左右达到约 45 Tg yr^-1 的最大值，随后下降。在这一峰值期间，中国是主要排放国，贡献了亚洲总排放量的近三分之二

结论

本研究分析了 1999 年至 2022 年间河内 PM_2.5 硫酸盐浓度的长期变化。结果显示了显著的时间转变，硫酸盐浓度在 2006 年之前增加，之后减少。这一时间模式与亚洲区域 SO₂ 排放的历史演变相吻合，特别是 2000 年代中期以后中国的排放变化。硫酸盐的季节特征在观测年份间表现出变异性。在较早的

CRediT 作者贡献声明

范维顺 (Hien Pham Duy)：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，监督指导，数据管理，概念构思。黄淑璧 (Bac Vuong Thu)：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，项目管理，数据管理。哈兰英 (Anh Ha Lan)：形式分析，数据管理。阮文壮 (Quang Tran Vuong)：写作 – 初稿，形式分析，数据管理

未引用参考文献

Duy 等人，2024 年。

利益声明

作者声明他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能已经影响本论文中报告的工作。

关于稿件准备过程中使用生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明

在工作准备期间，作者使用了 ChatGPT 以提高稿件的语言和可读性。在使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

资金声明

本研究部分由越南胡志明市经济大学（UEH）资助。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能已经影响本论文中报告的工作。

范维顺|阮文壮|黄淑璧|哈兰英