华南师范大学环境研究院

最近，华南师范大学环境学院应光国教授团队的丘舒晴博士等人在《Journal of Hazardous Materials》期刊上发表了题为“Unveiling airborne threats: Vertical profiles of multiple emerging pollutants in PM_2.5 across atmosphere of Southern China”的研究论文。

图文摘要

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新污染物的时空分布已被广泛研究，但对其在大气环境中的垂直分布知之甚少。本文探究了广州塔地面（4.5米）、118米和488米PM_2.5中邻苯二甲酸酯（PAEs）、有机磷酸酯（OPEs）、新烟碱（NEOs）以及全氟和多氟烷基化合物（PFASs）的垂直分布特征。结果表明，PAEs的污染浓度相对较高。新污染物的浓度总体是随着高度的升高而呈现下降的趋势。然而，有些物质出现了相反的趋势，特别是NEOs和PFASs。污染物的物理化学特征、气象参数和气团等因素在不同程度上影响了污染物的垂直分布。此外，本研究根据新污染物在118米和488米处的室外浓度预测了其在室内的浓度和对应的室内暴露风险，发现其与地面的室外风险相当。本研究是首次探索100米以上高度新污染物的垂直分布特征，为新污染物的防治提供了重要参考。

引言

PM_2.5较大的相对表面积使其容易吸附有害化学物质，进一步加重其对人类健康的危害。新污染物因具有生物毒性、环境持久性和生物富集性，近年来受到广泛关注。在中国，PAEs、OPEs、NEOs和PFASs的广泛应用可能导致其环境排放增加，从而危及人类健康。与水和土壤中的研究相比，关于大气中PAEs、OPEs、NEOs和PFASs的研究较少。大多数研究关注空气污染物的空间和季节变化，很少研究其垂直分布。高层建筑的普及使得研究颗粒物及其相关成分的垂直分布变得重要，但新污染物的垂直特性在文献中尚未得到充分研究。本研究旨在确定PAEs、OPEs、NEOs和PFASs在PM_2.5中的浓度、垂直特征和潜在影响因素，并评估其吸入风险。研究旨在填补对新污染物垂直分布认识的空白，为改善空气质量法规和控制措施提供重要见解。

图文导读

1. PM_2.5和气象参数的垂直分布

PM_2.5浓度始终低于50.0 μg/m³，低于中国环保部规定的日标准值75.0 μg/m³。PM_2.5浓度、温度和气压总体上随高度升高而降低，风速正好相反，而湿度随高度先降低后上升。

Fig. 1. Vertical profiles of PM_2.5 (a), temperature (b), atmospheric pressure (c), wind speed and direction (d), and humidity (e). N: north; E: east; S: south; W: west.

图1. PM_2.5和气象参数的垂直分布。

2. 新污染物的垂直分布

污染浓度最高的物质是PAEs。从总体上看，新污染物的浓度随高度增加而降低，但也有某些物质在高度更高的地方聚集于PM_2.5中。新污染物在高度更高的地方浓度越高的发生频率分别为12.7%（PAEs）、25.1%（OPEs）、40.0%（NEOs）、和35.4%（PFASs）。大气污染物浓度随高度降低反映了地面排放和稳定的大气边界层条件的主导作用，而浓度随高度增加则表明来自更高边界层的排放。另外，本研究还发现一些降解产物的浓度占其物质类别总浓度的比例随着高度增加而增加，而其母体化合物的浓度占物质类别总浓度的比例随着高度增加而降低，表明物质可能在不同高度发生不同程度的降解或转化。高层通常与增强的光强度相关，可能导致更高的氧化能力，如488米处的高浓度羟基自由基，以及更高的相对湿度，为污染物在更高层经历光解、光氧化、水解等降解或转化途径提供可能。

Fig. 2. Concentrations of principal pollutants within PAEs, OPEs, NEOs, and PFASs in PM_2.5 at different heights.

图2. 不同高度PM_2.5中PAEs、OPEs、NEOs和PFASs主要污染物的浓度

3. 影响因素分析

广州是中国重要的工业中心，PM_2.5中PAEs、OPEs和PFASs的浓度变化可能与塑料、电子、纺织制造业以及化学工业的排放有关，而NEOs的出现可能与城市喷洒有关。与高层相比，交通、工业、商业和住宅等污染源更接近地面，地面附近气流更稳定，导致污染物在较低区域积聚，而风速可能增强污染物在高层的稀释作用。图3和图4表明，温度和风向与污染物分布的相关性较强。温度与PAEs、OPEs和某些PFASs具有正相关性，表明温度可能影响这些半挥发性化合物的蒸发、源排放和在PM_2.5上的吸附。风向受高度影响，这会导致不同来源的污染物在不同高度的浓度差异，后向气团聚类分析（图5）表明污染物分布受气团来源影响，广州塔主要受大陆气团影响，污染物更可能来自本地。研究发现某些新污染物在高层浓度更高，尤其是PFASs，可能与污染物性质和环境因素有关。地面与更高大气层之间的温差可能导致上升气流，帮助污染物向上运输，PFASs较低的log K_oa值使其更容易进入气相，被上升气流携带。488米处较高的湿度可能使PM_2.5吸收水分，导致亲水性污染物如PFASs溶解在PM_2.5的外层水膜中，从而在高层增加浓度。

Fig. 3. Results of Spearman rank correlation analysis for meteorological factors and the emerging pollutants. AP: atmospheric pressure; Temp: temperature; WS: wind speed; WD: wind direction.

图3. 气象参数与新污染物浓度的相关性分析

Fig. 4. Results of piecewise structural equation model for bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP, a), tris(1-chloro-2-propanyl) phosphate (TCPP, b), perfluorobutanoic acid (PFBA, c), and 6:2 fluorotelomer sulfonic acid (6:2 FTS, d). Green color represents for positive correlation and orange color for negative correlation.

图4. 分段结构式方程模型结果。

Fig. 5. Custer analysis of 72-h backward air mass trajectories from 500 m during the sampling days.

图5. 采样期间500米处气团后向轨迹分析。

4. 风险评估

在118米和488米处，预估的室内PM_2.5浓度超过了室外PM_2.5浓度的一半。由于人们通常呆在室内的时间是室外的两倍，因此室外污染物间接导致的健康风险可能与直接与室外暴露相关的风险相当。室外HQ值（4.5米）与室内HQ值（118米和488米）之间没有显著差异。所有污染物的HQ值均低于1的阈值，表明在本研究中暴露于这些污染物的风险很小。PAEs作为主要污染物，与其他类型的污染物相比，也具有相对较高的健康风险。

Fig. 6. Outdoor (4.5 m) and indoor (118 m and 488 m) hazard quotient (HQ) of PAEs, OPEs. NEOs, and PFASs for the toddler (a) and the adult (b).

图6. 室内外PAEs、OPEs、NEOs和PFASs对幼儿和成人的危险熵。

结论与意义

本研究调查了PM_2.5中PAEs、OPEs、NEOs和PFASs在地面（4.5米）、118米和488米的垂直分布。新污染物的浓度随高度升高而降低，但某些污染物表现出相反的趋势。污染物的内在属性、污染源差异和气象因素可能在影响污染物的垂直分布方面发挥不同的作用。污染物可能会发生垂直交换和长距离水平传输。此外，应关注高层大气中室外污染物造成的室内暴露风险。

论文链接

Qiu, S.Q., Tang, Y.J., Hu, L.X., Pei, C.L., Hong, D.C., Lin, D.Y., Kang, G., Zhou, S.Z., Liang, B.L., Chen, S.J., Bai, H., Ying, G.G., 2025. Unveiling airborne threats: Vertical profiles of multiple emerging pollutants in PM2.5 across the urban atmosphere of Southern China. Journal of Hazardous Materials 486, 137056. https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=468fd70de03fc1abe8beddec92c8f22d