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ES&T:改进大气POPs被动采样器使其更适用于高风速环境
2017-04-28

  持久性有机污染物(POPs)是一类易通过大气传输到达偏远地区并在极地和高山地区沉降的半挥发性有毒物质。监测大气中POPs的时空分布有助于研究POPs的大气传输特征、路径和环境过程。在偏远地区,廉价、易于操作且具有较长采样周期的大气被动采样器(PAS)是监测大气POPs的首选工具。但是,在高山或高原环境下,多样的地表状况和多变的气象条件往往会引起较大的PAS采样误差。

  中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心王小萍研究员及龚平副研究员团队通过在藏东南、拉萨、纳木错三个站点的多年观测,发现在青藏高原常用的筒式XAD型大气POPs被动采样器(XAD-PAS)的采样效率(PSR)受到风速的强烈影响,其在大风环境下实测PSR值较基于温度和气压的预测值高几倍到一个数量级(图1),同时,采样点下垫面的坡度也会导致PSR值升高(图2左半部)。风速增大导致更多空气流入采样器是PSR升高的主要原因之一。鉴于此,研究团队在XAD-PAS外壳底部增加了4块整流板(图2右上部),拟通过物理干扰减缓空气流入速度从而降低采样器内部风速及PSR随风速的波动。流体力学模拟和采样器内部风速实测结果均显示改进型XAD-PAS内部风速受外部风场变化的影响较小。野外采样观测也表明,改进型XAD-PAS的PSR在微风及大风条件下均不易受到风速和风向的影响(图2右下部),且其PSR值可用基于温度和气压的经验公式进行预测。该研究成果为复杂地形地区大气POPs观测提供了有力的工具,并将有助于全球大气POPs观测结果的比对研究。

  本项研究发表于Environmental Science & Technology(龚平为第一作者,王小萍为通讯作者,文章链接http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b01029),同时获得国家实用新型专利一项(专利号:201620648939.3,另有一项发明专利在审)。研究获得国家自然科学基金(41671480、41571463、41190080)和中国科学院青年创新促进会(CAS2011067、CAS2017098)等项目的资助。研究过程中,中国环境科学研究院刘咸德研究员、加拿大多伦多大学斯卡伯勒分校Frank Wania教授作为合作者均提出了重要建议。

图1. 未改进的XAD-PAS采样效率随风速变化曲线

图2. XAD-PAS结构改造图及改造前后PSR变化特征

 
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