气象条件对北京冬季生物气溶胶浓度和组成的影响

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1、气象条件对北京冬季生物气溶胶浓度和组成的影响（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：闫威卓指导教师：郝吉明教授二〇一七年六月ImpactofMeteorologicalConditionontheConcentrationandCompositionofBioaerosolsintheWinterofBeijingThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringinEnvironment

2、ScienceandEngineeringbyYanWeizhuoThesisSupervisor:ProfessorHaoJimingJune,2017摘要摘要生物气溶胶是大气中含有生物组分的颗粒物，来源于土壤、水体、动物粪便、植物叶片等环境介质，会对成云过程、生态系统演化和人体健康产生影响。目前对生物气溶胶浓度、组成和活性及其影响因素的研究尚存在不足。论文通过生物气溶胶的在线测量和离线分析，研究了北京冬季大气中生物气溶胶的数浓度和细菌组成，探究了气象条件对生物气溶胶数浓度和细菌组成的影响。于冬季在北京和内蒙古太仆寺旗进行了多次在线测量和样品采集。分别使用双波段生物气溶胶谱仪和空

3、气动力学谱仪进行了生物气溶胶数浓度和颗粒物数浓度的观测。并采集了北京大气PM10样品、道路尘土和太仆寺旗积雪样品，利用16SrDNA测序评估了这些样品中的细菌组成。北京冬季3.5-10μm生物气溶胶数浓度为2-167#/L，平均值为21#/L，约占粗颗粒物总数浓度的7.6%，呈现显著的昼夜变化，昼间较高，夜间较低。北京冬季空气中的细菌主要来源于土壤和动物粪便。气团变化是影响北京冬季生物气溶胶数浓度和细菌组成的重要因素。北京受冷气团控制时，会出现风向为北偏西30º和风速大于4m/s的天气，数浓度急剧升高至100#/L以上。某些细菌的占比急剧升高，如类诺卡氏菌科Nocardioidac

4、eae、弗兰克氏菌科Frankiaceae、丙酸杆菌科Propionibacteriaceae。而另外一些细菌的占比急剧降低，如梭菌科Clostridiaceae、芽孢杆菌科Bacillaceae、乳酸杆菌科Lactobacillaceae。当北京受暖气团控制时，生物气溶胶数浓度较低，冷气团控制时占比升高的细菌会缓慢减少，冷气团控制时占比降低的细菌会缓慢增加。符合上述规律的细菌总占比超过50%。在冬季，冷气团由蒙古西伯利亚地区传输至北京的过程中，沿途来自积雪和土壤的生物气溶胶，会随冷气团传输并进入北京大气，造成北京生物气溶胶数浓度和细菌组成的变化。暖气团控制时，来自土壤和积雪的生物

5、气溶胶缓慢减少，本地动物粪便等来源的生物气溶胶缓慢增加。重污染天气时，空气中的细菌组成会发生一定的变化。北京冬季被暖气团控制，且相对湿度和PM2.5浓度较高时，某些细菌的占比显著升高，如伯克氏菌目Burkholderiales、根瘤菌目Rhizobiales。这部分细菌在北京大气中的占比不超过2%，在对流层上部的占比超过70%。这个结果有助于了解大气中微生物群落的演化。关键词：生物气溶胶；双波段生物气溶胶谱仪；16SrDNA测序；冷暖气团；北半球西风带IAbstractAbstractBioaerosols,whichareparticleswithbiologicalcompou

6、nds,comefromsoils,waters,fecalsandleaves,andhavelargeimpactoncloudformation,successionofecosystemsandhumanhealth.Therefore,itisimportanttostudythevariationofconcentration,compositionandviabilityofbioaerosols.Theaimofourstudywastoexplorehowmeteorologicalconditionsaffecttheconcentrationandcompos

7、itionofbioaerosolsduringwinterinBeijing.ConcentrationofbioaerosolsinBeijingwasmeasuredbyawavebandintegratedbioaerosolsensor,inJanuary,2015.ConcentrationsofcoarseparticlesinBeijingandTaibusBanner,InnerMongoliaweremeasuredbyaerodynamicpar