摘要
本研究于2017年12月—2018年11月进行了针对南京北郊地区气溶胶光学性质研究的外场观测.气溶胶吸收系数和散射系数季节变化由高到低皆为冬季、春季、秋季、夏季，日变化呈双峰型，吸收系数早高峰时间夏季早冬季晚，这是由于不同季节边界层高度和人类生产活动时间发生变化导致的.夏秋两季的平均吸收埃指数（AAE）较高，表明棕碳对气溶胶吸收的贡献较为显著，而春冬两季以黑碳吸收为主.散射埃指数（SAE）春冬季高于夏秋季，气溶胶均以细模态为主，春冬季气溶胶粒径更小.受冬季西北风的影响，西北方向污染物的传输使气溶胶消光系数存在高值.而春夏季东风、东南风方向的本地污染源扩散是导致气溶胶消光系数升高的主要原因.与来自内陆的气团相比，海上的气团传输使气溶胶消光系数降低.当相对湿度小于90%时，气溶胶消光系数与能见度成反比，而当相对湿度大于90%时，能见度普遍小于10 km，与气溶胶消光系数关系不大.春冬季PM2.5中水溶性组分主要为二次源离子，且气溶胶消光系数与硝酸根离子的相关性高于硫酸根离子的相关性，影响气溶胶消光系数的污染物主要来自交通源.与此相反，夏秋季影响气溶胶消光系数的污染物主要来自煤炭燃烧等固定源.
Abstract
In this study,a four-season field campaign was conducted from December 2017 to November 2018 to investigate the optical properties of aerosols in the northern suburbs of Nanjing.The seasonal variations of aerosol absorption and scattering coefficients were observed to be highest in winter,followed by spring and autumn,and lowest in summer.The daily variations exhibited a bimodal pattern,with the early peak of absorption coefficient occurring earlier in summer than in winter,which can be attributed to seasonal changes in boundary layer heights and human activity patterns.The average Absorption Ångström Exponent (AAE) was higher in summer and autumn,indicating a more prominent contribution of brown carbon to aerosol absorption,while black carbon dominated in spring and winter.Conversely,the Scattering Ångström Exponent (SAE) was higher in spring and winter than in other seasons,with fine-mode aerosols prevailing throughout the year and smaller aerosol particle sizes observed in spring and winter.During winter,the transport of pollutants from the northwest direction under the influence of northwest wind led to high values of aerosol extinction coefficients.In spring and summer,the diffusion of local pollutant emissions from the east and southeast directions was the primary factor contributing to the elevated aerosol extinction coefficients.Compared with the air masses originating from inland,the transport of maritime air masses reduced the aerosol extinction coefficients.When the relative humidity was less than 90%,the aerosol extinction coefficients were inversely proportional to the visibility.However,when the relative humidity exceeded 90%,the visibility was generally less than 10 km and had minimal correlation with the aerosol extinction coefficients.In spring and winter,the water-soluble components of PM2.5 were primarily secondary source ions,with a stronger correlation between aerosol extinction coefficients and nitrate ions than that of sulfate ions,indicating that transportation-related emission sources were the main contributor to aerosol extinction coefficients.In contrast,during summer and autumn,the pollutants affecting the aerosol extinction coefficients were mainly from stationary sources such as coal combustion.
0 引言
大气颗粒物可以通过吸收和散射与太阳辐射相互作用，导致能见度下降和雾霾现象的发生，也会对地球的能量和辐射收支产生强烈影响，导致直接辐射强迫[1].目前认为大多数气溶胶成分的消光主要是通过光散射作用，而黑碳（Black Carbon，BC）和部分有机碳（Organic Carbon，OC）在近紫外和可见光波段具有吸光特性，这类有机碳统称为棕碳（Brown Carbon，BrC）[2].虽然棕碳吸光能力弱于黑碳，但作为碳质气溶胶的重要组成，棕碳对气溶胶的光学性质、大气辐射强迫以及区域性气候效应具有重要影响[3].
黑碳可以吸收可见光及近紫外波段的光而不受波长影响，因此呈现出黑色; 而棕碳主要在近紫外-可见光波段吸收光，故呈现棕褐色[4].黑碳普遍为空气动力学直径在20~60 nm、形态类似石墨烯、呈层状结构的碳球聚集体[5]，体系中一般不含有氧官能团，且几乎不溶于水[6]; 棕碳形态松散，含氧官能团较多，有较强的溶解性，空气动力学直径范围在100~400 nm[7].由于碳质气溶胶对光辐射的高吸收效率，被认为是导致全球变暖的因素中仅次于二氧化碳的贡献体[8]，但由于对其排放、运输和去除过程不完全理解，以及对其吸光性质的不准确量化，在全球辐射强迫估算中对于碳质气溶胶的量化仍是最大的不确定性之一[9].
近年来，关于研究气溶胶光学性质的外场观测陆续开展.在对广州气溶胶光学特性的研究时发现气象条件对消光系数有重要调节作用[10].河北廊坊夏季气溶胶中粗粒子对气溶胶消光系数的贡献仅为11.12%，细粒子在气溶胶消光作用中起主要作用[11].北京春夏季气溶胶吸湿增长因子相对较大，秋冬季偏小[12].在对上海PM2.5质量浓度和气溶胶散射系数长期观测期间发现，上海大气污染物主要是来自西北方向气团的长距离输送[13].在南京地区也有一些相关研究，崔金梦等[14]发现南京地区冬季大气污染的形成不仅与本地排放和局地气象条件有关，也与西方和北方的污染物远距离输送有关; 张程等[15]在对气溶胶水溶性离子在不同污染条件下的特征研究中发现，二次离子主要以硫酸盐和硝酸盐的形式存在，观测期间碳质气溶胶主要源于燃煤和汽车尾气; 张毓秀等[16]发现冬季气溶胶中二次离子在大粒径段占比最低，碳质气溶胶主要存在于细粒径段，且小粒径段中的二次有机碳在秋冬季远高于春夏季; 黄聪聪等[17]发现光吸收受波长影响，强度随着波长的增加而降低，证明了棕碳对南京地区气溶胶光学性质的影响; 王利朋等[18]发现南京灰霾事件中气溶胶主要以散射性物质为主; 时政等[19]发现2015年气溶胶埃指数小于2016年，说明当年气溶胶粒径相对较大，散射以前向散射为主; Chen等[20]发现煤炭燃烧、工厂排放和交通排放是南京北郊地区能见度减少的主要原因.虽然近年来取得了不少成果，但关于气溶胶光学性质的四季观测研究仍非常有限.本文于2017年12月—2018年11月在南京信息工程大学站点进行了外场观测，研究了南京北郊地区气溶胶光学性质的四季变化以及不同气象条件和化学组分的影响.
1 材料和方法
1.1 观测地点
本研究对气溶胶光学特性分别于2018-03-01—2018-04-11、2018-08-01—2018-08-25、2018-10-13—2018-11-07及2017-12-25—2018-01-17进行了四季观测.观测站点位于南京信息工程大学内的国家气象观测场（32°12′20.8″N，118°42′19.2″E）.观测仪器均放置于大气化学超级监测站中，切割头位置距离地面约5 m，四周开阔无遮挡，可以较好地代表区域范围内的实际大气情况.南京信息工程大学位于南京北郊地区，周边有钢铁厂、化工厂、发电厂、炼油厂等，是长三角地区典型的工业园区，学校东侧的快速路是连接南京城南城北的交通要道.因此，该地区可以认为是典型的人为源排放区域，污染主要受工业和交通排放影响.
1.2 实验仪器和方法
实验使用三波段光声黑碳仪（PASS-3，DMT）测量了405、532和781 nm三个波长下气溶胶干散射系数（βsca）和吸收系数（βabs）.PASS-3基于光声效应测量气溶胶的光吸收，这可以避免与基于过滤器的测量相关的伪影.PASS-3还配备了一个积分球，用于同时测量气溶胶光散射，详细描述见文献[21].观测前利用NO2和雾化硫酸铵气溶胶分别对PASS-3进行激光吸收和散射校准[22].在观测期间会对PASS-3进行背景检测来消除NO2光吸收的影响，通过HEPA-filter将气流中的颗粒物过滤，从而空气中NO2的光吸收被仪器检测[23].
气溶胶单散射反照率（Single Scattering Albedo，SSA）是反映气溶胶光散射对消光系数贡献参数，即散射与散射和吸收之和的比值[24]：
(1)
在可见光波长下，黑碳的 SSA 约为 0.2，硫酸盐气溶胶则为 1，北半球多数气溶胶SSA在0.85~0.95之间[25].当SSA超过0.95时，气溶胶会产生负的净辐射强迫; 当SSA小于0.85时，则产生正的辐射强迫; 当SSA处在中间值时，净效应可在负强迫和正强迫之间变化，这取决于云的比例、表面反照率以及气溶胶和云的垂直分布[26].
埃格斯特朗吸收指数（Absorption Ångström Exponent，AAE）通常用于表述颗粒物光吸收的波长依赖性[27]，定义为
(2)
散射埃指数（Scattering Ångström Exponent，SAE）是表征气溶胶粒径的大小的指标，定义为
(3)
实际大气中，新鲜黑碳的AAE为1，由于棕碳在短波长（405 nm）有额外的吸收，所以其AAE大于1.研究发现城市工业气溶胶的AAE接近1，化石燃料燃烧排放的气溶胶的AAE为0.8~1.1，这表明气溶胶吸收主要是BC，而生物质或生物燃料燃烧气溶胶的AAE值更高，在0.9~3.5之间[21].当AAE超过1.6时，可以认为气溶胶吸收主要受棕碳的影响[28].
PM2.5质量浓度由颗粒物监测仪（BAM-1020，Metone）在线检测，常规污染气体如O3、SO2、CO和NOx等浓度数据由在线气体分析仪（Model49i，43i，48i，43i，Thermo Scientific）提供.气象数据包括风向、风速、温度、压力和相对湿度，由小型气象站收集.
水溶性离子通过离线分析获得，使用中流量采样器收集大气颗粒物，经过预处理后利用离子色谱检测，时间分辨率为12 h.
2 结果和讨论
2.1 气溶胶光学性质总体特征
整个观测期间气溶胶光学特性的小时平均时间序列如图1所示.532 nm下春夏秋冬平均气溶胶吸收系数βabs532分别为31.48±20.31、18.76±10.40、26.29±14.20和49.40±32.60 Mm-1，散射系数βsca532分别为202.66±134.11、89.05±63.52、152.66±95.56和350.92±277.76 Mm-1，总体来说消光系数表现为冬季＞春季＞秋季＞夏季.与当前观测点在2009—2010年的四季观测[29]和2011年春季观测[30]的光学散射特征结果相比，无论是季节平均还是全年平均都远远低于往年（2009—2010全年平均散射系数为478.6 Mm-1，2011年春季平均散射系数为311.5±173.3 Mm-1）.由于散射性物质如硫酸铵、硝酸铵主要通过二次反应生成，当大气污染物浓度处于高值时更易发生次生反应，导致气溶胶散射系数上升.从表1中可以看到冬季PM2.5质量浓度最高，春季次之，与散射系数结果一致.冬季气溶胶SSA和春季值相近，都为0.86，高于秋季的0.84和夏季的0.80，与气溶胶消光系数变化基本一致.
本次观测夏秋两季的平均AAE较高，说明棕碳对气溶胶吸收的贡献较为显著，而春冬两季以黑碳吸收为主.SAE春冬季节高于夏秋季节，气溶胶均以细模态为主，春冬季节气溶胶粒径更小.
图2描述了2017—2018四季观测中气溶胶在532 nm波段下的消光系数（βext532）频率及对应的PM2.5质量浓度.由图可知春季βext532在100~300 Mm-1之间占比最多，为57.55%，βext532＞500 Mm-1的频率为6.84%，其中βext532＞1 000 Mm-1的发生时段与PM2.5高值段对应; 夏季βext532在0~100 Mm-1之间频率最高，为61.21%，大部分时间βext532较小，最高值为344.27 Mm-1; 秋季βext532在100~300 Mm-1之间频率最高，为63.14%，βext532＞500 Mm-1的频率为1.28%; 冬季βext532在100~300 Mm-1和500~1 000 Mm-1占比最多，分别为34.22%和23.40%，低于100 Mm-1的时段频率仅有11.92%.一般βext532＞500 Mm-1可以认为是污染天[31]，冬季βext532＞500 Mm-1的频率为32.30%，污染情况较为严重，春秋季有部分污染天，而夏季以清洁天为主.
图12017—2018年四季观测气溶胶光学特性时间序列
Fig.1Time series of βabs, βsca and SSA at 532 nm during the2017-2018 field campaign
表1四季观测气溶胶光学性质参数
Table1Parameters of optical properties of aerosols for the four-season field campaign
图2四季观测中气溶胶在532 nm波段下的消光系数频率及对应的PM2.5质量浓度
Fig.2Extinction frequencies of aerosol at 532 nm and corresponding PM2.5 during the2017-2018 field campaign
2.2 日变化
图3表示观测期间气溶胶在532 nm波段下吸收系数和散射系数平均日变化.可以看出气溶胶吸收系数基本呈双峰形，早晚出现高峰，出峰时间略有差异.夏季气溶胶吸收系数于06:00到达早高峰，春秋季早高峰开始时间约为07:00，而出峰时间为09:00.这可能是由于夏季日出时间较早导致边界层高度上升提前，因此污染物能更早地扩散，且夏季人为活动较早开展导致污染物排放在较早时候开始累积.春秋季天气特征较为相似，日出和人为活动较夏季稍有推迟，而冬季由于日出最晚，且污染物扩散较慢，所以出峰时间也是最晚的.气溶胶散射系数一般与吸收系数日变化趋势接近，但不同季节仍有不同，夏季和秋季气溶胶散射系数早高峰比吸收系数迟1 h，这是由于早高峰交通源等的排放大部分是黑碳气溶胶等吸收性物质，在太阳升起后，随着扩散条件的好转迅速下降，而此时二次有机气溶胶的生成使得散射性物质的相对增加，导致气溶胶散射系数处于高值，后续随着大气边界层的进一步升高，气溶胶散射性物质浓度也开始迅速下降.冬季气溶胶散射系数早高峰比吸收系数晚2 h，这可能与冬季大气扩散条件改善较难以及污染物浓度较高，二次有机气溶胶生成和老化活动频繁有关.
2.3 气象要素对气溶胶光学性质的影响
观测期间的气象参数如图4所示.春夏秋冬四季平均温度分别是14.00±6.66、29.61±2.94、16.31±3.45和3.93±4.50℃，平均湿度分别是（65.88±21.43）%、（76.14±13.84）%、（70.40±20.82）%和（71.19±21.46）%.春季平均风速为2.20±1.10 m·s-1，高于2 m·s-1的时刻占53.01%，最高风速为7.22 m·s-1; 夏季平均风速为1.11±0.68 m·s-1，高于2 m·s-1的时刻占13.93%，最高风速为3.82 m·s-1; 秋季平均风速为2.30±1.21 m·s-1，高于2 m·s-1的时刻占53.85%，最高风速为7.70 m·s-1; 冬季平均风速为1.74±0.96 m·s-1，高于2 m·s-1的时刻占34.5%，最高风速为4.62 m·s-1.春季有7个降雨天，总降水量110.4 mm; 夏季有1个降雨天，总降水量26.6 mm; 秋季有3个降雨天，总降水量7.4 mm; 冬季有5个降雨天，总降水量87.7 mm.
图3四季观测中气溶胶在532 nm波段下吸收系数和散射系数日变化
Fig.3Daily variations of absorption and scattering coefficients at 532 nm during the2017-2018 field campaign
图4观测期间的气象参数（相对湿度、温度、风速、风向、降雨量）和PM2.5质量浓度的时间序列
Fig.4Time series of meteorological parameters (relative humidity, temperature, wind speed, wind direction, rainfall) and PM2.5 during the field campaign
2.3.1 风向风速对气溶胶光学性质的影响
风向风速的变化对局地气溶胶光学性质有重要的影响[32].低风速可能会造成污染物的积聚，而高风速会导致污染物远距离传输.此外，由于污染源分布位置不同，不同风向带来的污染物组成的差异也会导致气溶胶光学性质发生变化.图5代表四季观测期间不同风向下的吸收系数和散射系数分布.春夏季节主导风向为东风和东南风，气溶胶吸收系数和散射系数值基本一致; 秋季盛行西风和西北风，吸收系数在西北风时有高值，散射系数在北风时达到高值; 冬季主导风向是东风和西北风，且吸收系数和散射系数均在这两个风向有较多高值.
图5观测期间不同风向下的吸收系数和散射系数分布
Fig.5Distributions of absorption and scattering coefficients for different wind directions during the field campaign
图6表示观测期间风速与532 nm波段消光系数的关系.可以看出夏季的平均风速最低，春季次之，随着风速的增加，消光系数总体呈下降的趋势.这是由于春夏季节盛行偏南风，传输而来的气团较为清洁.秋季风速较高，消光系数随风速增加而减小，在0.2~1 m·s-1时达到高值，这可能是扩散条件较差导致污染物的累积.冬季气溶胶消光系数和风速没有明显的对应关系，当风速较高时也会引起消光系数的上升，北边工业园区污染物的传输导致的.
2.3.2 相对湿度对气溶胶光学性质的影响
由于在水气界面颗粒物更容易发生非均相反应，生成二次有机气溶胶，所以相对湿度的变化也可能影响气溶胶光学性质[33].图7展示了秋季观测期间能见度、气溶胶消光参数和相对湿度的变化关系，其中βext532、βsca532、βabs532分别表示在532 nm段的消光系数、散射系数和吸收系数，拟合曲线去除了相对湿度大于90%的数据，数据点颜色越深代表相对湿度越大.从图7中可以看出，湿度高的情况往往能见度较低，而能见度较高的数据点相对湿度一般在20%~60%范围内.由于相对湿度大于90%时有66%的概率发生了降雨，因此深蓝色的数据点大多位于消光参数较低的位置，应该是降雨造成的气溶胶湿沉降导致的.在相对湿度20%~80%范围内可以看到随着颜色的加深数据点会朝着消光参数增加的方向偏移.此外，在去除了相对湿度大于90%的数据后，能见度和消光参数有明显的负相关.
2.3.3 气团对气溶胶光学性质的影响
不同方向的气团在传输过程中由于经过的区域不同，携带的污染物成分也不同，从而对气溶胶的光学性质产生不同的影响[34].本文中使用HYSPLIT后向轨迹模型对污染期间气团来源进行聚类分析，选择起始高度为海拔1 000 m，后向轨迹时间为72 h.图8代表四季观测期间气团运动的后向轨迹.可见，春季气团主要来源于观测地点附近，占比57%，其他3个气团轨迹贡献较为平均，占比分别为13%、19%和11%.气团轨迹1和气团轨迹3气溶胶消光系数大于其他气团轨迹，吸收性气溶胶以黑碳为主.
夏季气团主要来源于海上，其中：气团轨迹1主要来自东北方向，从黄海经由苏北部分地区传输到观测点，占比34%; 气团轨迹3来自西太平洋，经过东海从观测点东部传输入观测点，占比17%，还有少量气团从台湾海峡传输入观测点，占比9%.除了海上来的气团，还有部分来自观测点附近的气团轨迹2，占比42%，经过苏南地区传输入观测点.当观测点附近传输而来的气团轨迹2传入观测点时，532 nm处吸收系数为22.70±13.59 Mm-1、散射系数为117.31±67.41 Mm-1、单散射反照率为0.82±0.06、PM2.5质量浓度为19.88±8.96 μg·m-3，高于其他气团轨迹传输来时的值，说明从内陆传来的气团会携带着大量影响光学特性的污染物，且气团轨迹2轨迹很短，气团传输速率较慢，更利于污染物的积累.气团轨迹1时，532 nm处吸收系数为18.82±8.88 Mm-1、散射系数为88.48±55.26 Mm-1、单散射反照率为0.80±0.07、PM2.5质量浓度为18.76±9.39 μg·m-3，高于其他两道从海上传输而来的气团轨迹，这可能是由于气团轨迹1经过苏北等污染较为严重地区，使得气团中夹杂着不少污染物.
图6观测期间不同风速的出现频率和对应的消光系数
Fig.6Frequencies and corresponding extinction coefficients for different wind speeds during the field campaign
图7秋季观测期间大气能见度、气溶胶消光参数和相对湿度的分布特征
Fig.7Distributions of atmospheric visibility, aerosol extinction parameters and relative humidity during the autumn field campaign
图8四季观测期间气团运动聚类分析结果
Fig.8Results of the cluster analysis of air mass movements during the field campaign
秋季有55%的气团来自观测点附近，从海边经由苏南方向传输而来，即气团轨迹1.气团轨迹1时，532 nm处吸收系数为26.27±12.15 Mm-1、散射系数为188.78±95.12 Mm-1、单散射反照率为0.87±0.04、PM2.5质量浓度为27.63±11.24 μg·m-3.气团传输速度很慢，利于污染物的积累.气团轨迹2来自黄海，从观测点偏东方向传输入观测点，占比32%.气团轨迹2时，532 nm处吸收系数为23.39±16.67 Mm-1、散射系数为107.74±72.80 Mm-1、单散射反照率为0.81±0.06、PM2.5质量浓度为18.76±8.63 μg·m-3，吸收系数和散射系数较其他两个气团稍低，散射埃系数为1.85 ± 0.26，高于其他两个气团，气溶胶粒径较小，以细模态为主.气团轨迹3时，532 nm处吸收系数为28.92±9.78 Mm-1、散射系数为143.26±36.95 Mm-1、单散射反照率为0.77±0.06、PM2.5质量浓度为29.07±6.82 μg·m-3，气团经过内蒙古华北等地区，单散射反照率低于其他两个气团，吸收系数高于其他两个气团，说明可能夹杂着大量黑碳气溶胶.
冬季大部分气团是从内陆传输而来，其中气团轨迹1和2是从观测点西北方向传输而来，气团轨迹1来自内蒙古方向，经过中国华北地区，大约占总气团的18%.当气团传输到观测点时，532 nm处吸收系数为23.54±14.38 Mm-1、散射系数为104.96±48.11 Mm-1、单散射反照率为0.82 ± 0.04，散射性物质较多，夹杂着一定数量的吸收性物质，而PM2.5质量浓度为28.08±11.86 μg·m-3.气团轨迹1携带的污染物浓度较低，可能是由于气团轨迹1气团传输较快，经过一些清洁区域时，污染物浓度被稀释，到达观测点时污染物浓度已很低.气团轨迹2来自华北地区，沿途经过河南安徽等污染较严重地区，占总气团轨迹的39%，高于其他气团轨迹占比.532 nm处吸收系数为65.19±33.26 Mm-1、散射系数为530.23±356.80 Mm-1、单散射反照率为0.88 ± 0.05，散射性物质占比较多，占比多于气团轨迹1时的情况，而PM2.5质量浓度为92.89±62.98 μg·m-3，属于轻度污染.由于PM2.5质量浓度比轨迹1高，颗粒物易碰并增长，所以颗粒物粒径较气团轨迹1稍大，但气溶胶仍以细模态为主.相比而言，气团轨迹2比轨迹1中黑碳气溶胶占比更高.气团轨迹2带来了大量夹杂着黑碳气溶胶的细颗粒物污染物，使得观测点污染物浓度升高，吸收系数和散射系数也随之增加.除了气团轨迹1和气团轨迹2，还有气团轨迹3是从内陆传输而来，可能是从江西浙江传输过来，气团传输较慢.气团3占所有气团轨迹的28%，532 nm处吸收系数53.76±23.16 Mm-1、散射系数为324.98±92.34 Mm-1、单散射反照率为0.86±0.04、PM2.5质量浓度为60.90±23.62 μg·m-3，相比气团轨迹2，污染物浓度和吸收系数散射系数较低.气团轨迹1偏大，较气团轨迹2稍小，可能与PM2.5质量浓度有关.气团在缓慢经过江西浙江时，携带着含黑碳气溶胶的大量污染物，传输到观测点.气团轨迹4是从海上传输而来，从渤海经由山东半岛后，再经过黄海，从污染物东侧传入观测点.气团轨迹4在532 nm处吸收系数为17.65±17.23 Mm-1、散射系数为204.88±185.38 Mm-1、单散射反照率为0.92 ± 0.04、PM2.5质量浓度为28.21±17.37 μg·m-3.气团轨迹4单散射反照率高于其他轨迹，可能是由于气团携带着大量海盐气溶胶，虽经过山东半岛，但后续经过渤海，携带的污染物浓度迅速下降，传输入观测点时，污染物浓度很低.从海洋传输而来的气团带来大量的海盐气溶胶.
2.4 化学组分对气溶胶光学性质的影响
表2总结了四季观测期间PM2.5中水溶性离子质量浓度.春季PM2.5中水溶性阳离子主要为＞ K+＞Ca2+＞ Na+，阴离子主要为.夏季PM2.5中水溶性阳离子主要为＞Na+＞K+＞Ca2+，阴离子主要为.秋季PM2.5中水溶性阳离子主要为＞ K+＞ Na+＞Ca2+，阴离子主要为. 冬季PM2.5中水溶性阳离子主要为＞Ca2+＞K+＞Na+，阴离子主要为＞ ＞Cl-.主要来源于机动车尾气排放的NOx的转化，主要来源于煤炭等含硫燃料的燃烧以及SO2的转化，主要来源于燃料高温燃烧排放废气的二次转化、机动车尾气排放、有机质腐化以及农业中氮肥的使用[35].总的来说，、、三种二次源水溶性离子污染水平较其他离子都更高，说明观测期间南京北郊地区受二次污染影响较大，且冬季的污染远比其他3个季节严重.
表2四季观测期间PM2.5中水溶性离子质量浓度
Table2Mass concentrations of water-soluble ions in PM2.5 during the field campaign
（质量浓度比值）是区分交通排放源与固定源贡献大小的标志[36].当大于1时，说明机动车尾气排放等移动源贡献更大，当小于1时，说明煤炭燃烧等固定源排放更多.这3次观测期间，2017年冬季 为1.31±0.38，2018年春季 为1.47±0.70，均大于1，说明2017年冬季污染物更多是由机动车尾气排放等移动源排放，2018年夏季 为0.83±0.46，2018年秋季 为0.92±0.44，说明煤炭燃烧等固定源排放更多.
表3展示了观测期间水溶性离子与气溶胶消光参数的相关性，相关系数小于0.1表示两者没有相关性，介于0.1~0.4之间表示相关性较差，大于0.5则认为有较好的相关性.由表3可知，春季气溶胶吸收系数、散射系数与消光系数和相关性较差，相关性分别为0.012、0.335和0.295.吸收系数和、和的相关性较差.但散射系数和以及的相关性很好，分别为0.695以及0.595.散射系数和的相关性高于与的相关性，影响气溶胶消光系数的污染物与机动车尾气等交通源排放更相关.
夏季气溶胶散射系数与消光系数与水溶性离子、和相关性较低，仅为0.3~0.4，吸收系数与水溶性离子的相关性更低，这可能是由于夏季观测点附近污染物排放较少，外地排放传输时，污染物损耗严重，污染物浓度较低.散射系数和相关性为0.326，低于吸收系数以及散射系数和相关性，说明影响气溶胶消光系数的污染物主要来源于煤炭等固定源排放.
秋季气溶胶散射系数与水溶性离子、和相关性较好，散射系数和相关性为0.561，与相关性为0.384，与相关性为0.567，散射系数和相关性好于散射系数与相关性，说明影响气溶胶消光系数的污染物主要来源于煤炭等固定源排放.吸收系数与水溶性离子、和相关性很差，即影响气溶胶吸收系数的物质与水溶性离子、和关系不大.
冬季气溶胶吸收系数、散射系数与消光系数和相关性较好，吸收系数和相关性为0.505，散射系数和相关性为0.687，高于吸收系数和的相关性.吸收系数和相关性为0.380，散射系数和相关性为0.474，高于吸收系数以及散射系数和相关性，说明影响气溶胶消光系数的污染物主要来源于机动车尾气等交通源排放.
表3四季观测期间水溶性离子与气溶胶消光参数的相关性分析
Table3Correlations between water-soluble ions and aerosol extinction parameters during the field campaign
3 结论
为了研究南京北郊地区气溶胶光学性质的季节变化及影响因素，于2017年12月—2018年11月在南京信息工程大学站点进行了为期1年的外场观测.观测期间气溶胶吸收系数和散射系数皆为冬季＞春季＞秋季＞夏季，有明显的季节变化.夏秋两季的平均AAE较高，说明棕碳对气溶胶吸收的贡献较为显著，而春冬两季以黑碳吸收为主.SAE春冬季节高于夏秋季节，气溶胶均以细模态为主，春冬季节气溶胶粒径更小.气溶胶吸收系数和散射系数日变化呈双峰型，吸收系数早高峰时间夏季为06:00，春、秋季都为07:00，冬季为09:00，这是由于不同季节边界层高度和人类生产活动时间发生变化导致的.
气溶胶光学性质受气象条件和化学组分的影响.秋冬季节受西北风的影响，存在西北方向的污染物传输，使气溶胶消光系数存在高值，且当风速在0.2~1和3~4 m·s-1时，气溶胶消光系数最高，可能低风速时扩散条件较差造成污染物聚积，而高风速时存在污染物的远距离传输.春夏季节东风、东南风方向的本地污染源扩散是导致气溶胶消光系数升高的主要原因.与内陆的气团传输相比，来自海上的气团使气溶胶消光系数降低.当相对湿度小于90%时，气溶胶消光系数与能见度成反比，而当相对湿度大于90%时，能见度普遍小于10 km，与气溶胶消光系数关系不大.春冬季节PM2.5组分中水溶性离子主要为、和，且气溶胶消光系数与的相关性高于与相关性，影响气溶胶消光系数的污染物主要来自交通源.夏秋季节结果相反，影响气溶胶消光系数的污染物主要来自煤炭燃烧等固定源.
