Long-term trends of fine particulate matter and chemical composition in the Pearl River Delta Economic Zone (PRDEZ), China

Xuemei WANG, Weihua CHEN, Duohong CHEN, Zhiyong WU, Qi Fan

PDF(1478 KB)
PDF(1478 KB)
Front. Environ. Sci. Eng. ›› 2016, Vol. 10 ›› Issue (1) : 53-62. DOI: 10.1007/s11783-014-0728-z
RESEARCH ARTICLE

Long-term trends of fine particulate matter and chemical composition in the Pearl River Delta Economic Zone (PRDEZ), China

Author information +
History +

Abstract

Understanding the trends in PM2.5 levels is essential for formulating clean air plans. This paper analyzes PM2.5 data from various published sources for the years 2000 to 2010 in the Pearl River Delta Economic Zone (PRDEZ). The long-term variation in PM2.5 mass concentration is analyzed. Results show that PM2.5, organic carbon (OC), elemental carbon (EC), and SO42 show a similar trend, increasing before 2005 and then decreasing slightly. The annual average PM2.5 concentration ranges from 49.1 μg·m−3 in 2000 to 64.3 μg·m−3 in 2010, with a peak of 84.1 μg·m−3 in 2004. None of these 11 years meets the new National Ambient Air Quality standard (NAAQS) for PM2.5 (35 μg·m−3). Overall average concentrations of OC, EC, and SO42 are 13.0, 6.5, and 11.8 μg·m−3, respectively. NO3 and NH4+ respectively have concentrations of 1.5 μg·m−3 and 2.9 μg·m−3 in 2000 and 6.4 μg·m−3 and 5.3 μg·m−3 in 2010, with a statistically significant average annual trend of+ 0.2 μg·m−3·yr−1 and+ 0.1 μg·m−3·yr−1. In certain geographic regions, OC and EC contribute most of the PM2.5, while in other regions secondary water-soluble ions are more important. In general, OC and SO42 are the dominant components of PM2.5, contributing 20.6% and 18.6%, respectively. These results provide, for the first time, a better understanding of the long-term PM2.5 characteristics and trends, on a species-by-species basis, in the PRDEZ. The results indicate that PM2.5 abatement needs to prioritize secondary species.

Keywords

long-term trends / fine particulate matter / chemical components / Pearl River Delta Economic Zone (PRDEZ)

Cite this article

Download citation ▾
Xuemei WANG, Weihua CHEN, Duohong CHEN, Zhiyong WU, Qi Fan. Long-term trends of fine particulate matter and chemical composition in the Pearl River Delta Economic Zone (PRDEZ), China. Front. Environ. Sci. Eng., 2016, 10(1): 53‒62 https://doi.org/10.1007/s11783-014-0728-z

References

[1]
Wang K, Dickinson R E, Liang S. Clear sky visibility has decreased over land globally from 1973 to 2007. Science, 2009, 323(5920): 1468–1470
CrossRef Pubmed Google scholar
[2]
Appel B R, Tokiwa Y, Hsu J, Kothny E L, Hahn E. Visibility as related to atmospheric aerosol constituents. Atmospheric Environment, 1985, 19(9): 1525–1534
CrossRef Google scholar
[3]
Murray C J L, Ezzati M, Flaxman A D, Lim S, Lozano R, Michaud C, Naghavi M, Salomon J A, Shibuya K, Vos T, Wikler D, Lopez A D. GBD 2010: design, definitions, and metrics. Lancet, 2012, 380(9859): 2063–2066
CrossRef Pubmed Google scholar
[4]
CCICED Special Policy Study Executive Report, Regional air quality integrated control system research. Beijing, 2012, 1–27
[5]
Liu H, Wang X M, Pang J M, He K B. Feasibility and difficulties of China’s new air quality standard compliance: PRD case of PM2.5 and ozone from 2010 to 2025. Atmospheric Chemistry and Physics, 2013, 13(23): 12013–12027
CrossRef Google scholar
[6]
Peng G, Wang X, Wu Z, Wang Z, Yang L, Zhong L, Chen D. Characteristics of particulate matter pollution in the Pearl River Delta region, China: an observational-based analysis of two monitoring sites. Journal of Environmental Monitoring, 2011, 13(7): 1927–1934
CrossRef Pubmed Google scholar
[7]
Che W W, Zheng J Y, Wang S S, Zhong L J, Lau A. Assessment of motor vehicle emission control policies using Model-3/CMAQ model for the Pearl River Delta region, China. Atmospheric Environment, 2011, 45(9): 1740–1751
CrossRef Google scholar
[8]
Zhang Y H, Hu M, Zhong L J, Wiedensohler A, Liu S C, Andreae M O, Wang W, Fan S J. Regional Integrated Experiments on Air Quality over Pearl River Delta 2004 (PRIDE-PRD2004): Overview. Atmospheric Environment, 2008, 42(25): 6157–6173
CrossRef Google scholar
[9]
Zhang Y H, Hu M, Shao M, Brauers M, Chang C C, Hofzumahaus A, Holland F, Li X, Lu K, Kita K, Kondo Y, Nowak A, Poschi U, Rohrer F, Zeng L, Wiedensohler A, Wahner A. Amplified Trace Gas Removal in the Troposphere. Science, 2009, 324 (5935): 1702–1704
[10]
Hua W, Chen Z M, Jie C Y, Kondo Y, Hofzumahaus A, Takegawa N, Chang C C, Lu K D, Miyazaki Y, Kita K, Wang H L, Zhang Y H, Hu M. Atmospheric hydrogen peroxide and organic hydroperoxides during PRIDE-PRD'06, China: their concentration, formation mechanism and contribution to secondary aerosols. Atmospheric Chemistry and Physics, 2008, 8(22): 6755–6773
CrossRef Google scholar
[11]
Nie W, Wang T, Wang W X, Wei X L, Liu Q. Atmospheric concentrations of particulate sulfate and nitrate in Hong Kong during 1995–2008: Impact of local emission and super-regional transport. Atmospheric Environment, 2013, 76: 43–51
CrossRef Google scholar
[12]
Yuan Z B, Yadav V, Turner J R, Louie P K K, Lau A K H. Long-term trends of ambient particulate matter emission source contributions and the accountability of control strategies in Hong Kong over 1998-2008. Atmospheric Environment, 2013, 76: 21–31
CrossRef Google scholar
[13]
Lu Q, Zheng J Y, Ye S Q, Shen X L, Yuan Z B, Yin S S. Emission trends and source characteristics of SO2, NOx, PM10 and VOCs in the Pearl River Delta region from 2000 to 2009. Atmospheric Environment, 2013, 76: 11–20
CrossRef Google scholar
[14]
Wang X M, Wu Z Y, Liang G X. WRF/CHEM modeling of impacts of weather conditions modified by urban expansion on secondary organic aerosol formation over Pearl River Delta. Particuology, 2009a, 7(5): 384–391
CrossRef Google scholar
[15]
Wang X M, Chen F, Wu Z Y, Zhang M G, Tewari M, Guenther A, Wiedinmyer C. Impacts of weather conditions modified by urban expansion on surface ozone: Comparison between the Pearl River Delta and Yangtze River Delta regions. Advances in Atmospheric Sciences, 2009b, 26(5): 962–972
CrossRef Google scholar
[16]
Liu S, Hu M, Wu Z J, Wehner B, Wiedensohler A, Cheng Y F. Aerosol number size distribution and new particle formation at a rural/coastal site in Pearl River Delta (PRD) of China. Atmospheric Environment, 2008, 42(25): 6275–6283
CrossRef Google scholar
[17]
Turpin B J, Huntzicker J J. Identification of secondary organic aerosol episodes and quantitation of primary and secondary organic aerosol concentrations during SCAQS. Atmospheric Environment, 1995, 29(23): 3527–3544
CrossRef Google scholar
[18]
Pathak R K, Louie P K K, Chan C K. Characteristics of aerosol acidity in Hong kong. Atmospheric Environment, 2004, 38(19): 2965–2974
CrossRef Google scholar
[19]
Yao X, Chan C K, Fang M, Cadle S, Chan T, Mulawa P, He K, Ye B. The water-soluble ionic composition of PM2.5 in Shanghai and Beijing, China. Atmospheric Environment, 2002, 36(26): 4223–4234
CrossRef Google scholar
[20]
Vutukuru S, Dabdub D. Modeling the effects of ship emissions on coastal air quality: A case study of southern California. Atmospheric Environment, 2008, 42(16): 3751–3764
CrossRef Google scholar
[21]
Zhang L J, Zheng J Y, Yin S S, Peng K, Zhong L J. Development of non-road mobile source emission inventory for the Pearl River Delta region. Environmental Sciences, 2010, 31(4): 886–891 (in Chinese)
Pubmed
[22]
Wang H, Fu L, Zhou Y, Du X, Ge W. Trends in vehicular emissions in China’s mega cities from 1995 to 2005. Environ Pollution, 2010, 158(2): 394–400
CrossRef Pubmed Google scholar
[23]
Ying S S. Study on anthropogenical ammonia emission inventory in the Pearl River Delta and effects of source contribution to particulate matter formation. Dissertation for the Master Degree. Guangzhou: South China University of Technology, 2011 (in Chinese)
[24]
Huebert B J, Wang M X, Lü W X. Atmospheric nitrate, sulphate, ammonium and calcium concentrations in China. Tellus B, 1988, 40B (4): 260–269
CrossRef Google scholar
[25]
Hu M, Wu Z J, Slanina J, Lin P, Liu S, Zeng L M. Acidic gases, ammonia and water-soluble ions in PM2.5 at a coastal site in the Pearl River Delta, China. Atmospheric Environment, 2008, 42(25): 6310–6320
CrossRef Google scholar
[26]
Louie P K K, Ho J W K, Tsang R C W, Blake D R, Lau A K H, Yu J Z, Yuan Z B, Wang X M, Shao M, Zhong L J. VOCs and OVOCs distribution and control policy implications in Pearl River Delta region, China. Atmospheric Environment, 2013, 76: 125–135
CrossRef Google scholar
[27]
Wang T, Wei X L, Ding A J, Poon C N, Lam K S, Li Y S, Chan L Y, Anson M. Increasing surface ozone concentrations in the background atmosphere of Southern China, 1994–2007. Atmospheric Chemistry and Physics, 2009, 9(16): 6217–6227
CrossRef Google scholar
[28]
Jones A M, Harrison R M. Interpretation of particulate elemental and organic carbon concentrations at rural, urban and kerbside sites. Atmospheric Environment, 2005, 39(37): 7114–7126
CrossRef Google scholar
[29]
Street D G, Bond T C, Carmichael G R, Fernandes S D, Fu Q, He D, Klimont Z, Nelson S M, Tsai N Y, Wang M Q, Woo J H, Yarber K F.An inventory of gaseous and primary aerosol emissions in Asia in the year 2000. Journal of Geophysical Research, 2003, 108(D21): 8809
CrossRef Google scholar
[30]
Zheng J Y, Yin S S, Kang D W, Che W W, Zhong L J. Development and uncertainty analysis of a high-resolution NH3 emissions inventory and its implications with precipitation over the Pearl River Delta region, China. Atmospheric Chemistry and Physics, 2012, 12(15): 7041–7058
CrossRef Google scholar
[31]
Yang Z P. Estimation of ammonia emission from livestock in China based on mass-flow method and regional comparison. Dissertation for the Master Degree. Beijing: Peking University, China, 2008 (in Chinese)
[32]
Kean A J, Littlejohn D, Ban-weiss G A, Harley R A, Kirchstetter T W, Lunden M M. Trends in on-road vehicle emissions of ammonia. Atmospheric Environment, 2009, 43(8): 1565–1570
CrossRef Google scholar
[33]
Plessow K, Spindler G, Zimmermann F, Matschullat J. Seasonal variations and interactions of N-containing gases and particles over a coniferous forest, Saxony, Germany. Atmospheric Environment, 2005, 39(37): 6995–7007
CrossRef Google scholar
[34]
Schauer J J, Kleeman M J, Cass G R, Simoneit B R T. Measurement of emissions from air pollution sources. 5. C1-C32 organic compounds from gasoline-powered motor vehicles. Environ Sci Technol, 2002, 36(6): 1169–1180
CrossRef Pubmed Google scholar
[35]
Harrison R M, Jones A M, Lawrence R G. Major component composition of PM10 and PM2.5 from roadside and urban background sites. Atmospheric Environment, 2004, 38(27): 4531–4538
CrossRef Google scholar

Acknowledgements

This work was supported by the National Natural Science Foundation of Guangdong Province as key project (S201202 0011044) and Public Sector (Meteorological) Scientific Research Project (GYHY201406031). It was also partly supported by the Jiangsu Collaborative Innovation Center for Climate Change and Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education in China.
Appendix A1 is available in the online version of this article at http://dx.doi.org/ 10.1007/s11783-014-0728-z and is accessible for authorized users.

RIGHTS & PERMISSIONS

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg
AI Summary AI Mindmap
PDF(1478 KB)

Accesses

Citations

Detail

Sections
Recommended

/