【摘 要】
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降水通常可以有效地从大气中清除气溶胶颗粒和溶解的气态污染物,是对大气颗粒物最有效的大气净化机制。降水的化学组分受到人类活动的影响越来越突出,在一些人类活动密集的地方,人为排放甚至决定了降水的化学组成。兰州受到能源排放大以及特殊的地形、气象因素的综合影响,使得兰州大气污染中大气颗粒物以及SO42-污染比较突出。因此,对兰州市大气降水中水化学组分的研究便显得尤为迫切且具有现实意义。本文通过系统采集长时
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降水通常可以有效地从大气中清除气溶胶颗粒和溶解的气态污染物,是对大气颗粒物最有效的大气净化机制。降水的化学组分受到人类活动的影响越来越突出,在一些人类活动密集的地方,人为排放甚至决定了降水的化学组成。兰州受到能源排放大以及特殊的地形、气象因素的综合影响,使得兰州大气污染中大气颗粒物以及SO42-污染比较突出。因此,对兰州市大气降水中水化学组分的研究便显得尤为迫切且具有现实意义。本文通过系统采集长时间序列的兰州及郊区的大气降水样品,基于水化学方法,测量大气降水中化学组分,研究不同时间尺度(年内、季节、事件内)下大气降水水化学的时间变化规律以及市区与郊区大气降水化学组成的区域差异;以SO42-为主利用数学方法定量计算硫酸盐人为源的贡献量;通过对人类活动因子、大气污染因子、气象因子(风速、降水量,温度,相对湿度等)与大气降水中离子含量等进行统计分析,探讨兰州市大气污染现状与成因。结果表明:(1)兰州市不同采样点其水化学组成及降水酸碱性特征各不相同。研究区主要离子组分为Ca2+和SO42-。高降水量伴随着各离子的高年湿沉降通量。不同采样点平均pH值由大到小为永登>榆中>皋兰>安宁,整体都呈碱性。Ca2+是所有采样点降水中最主要的中和化合物,四个采样点AP/NP(中和潜力)值均小于1。降水事件的AAI值大部分分布在100%以下,但个别降水事件中AAI指数(氨可利用性指数)远大于100%。研究区大气降水中各离子浓度远高于中国东南地区,但降水的酸度要远小于东南站点的降水酸度。最后,将本研究中兰州市大气降水中水化学组分浓度与前人对该地区的研究结果进行了对比,发现离子浓度呈现出上升的趋势。(2)兰州市不同采样点2019年5月~2020年9月降水中主要离子浓度随时间变化呈现出不同的变化趋势,离子浓度波动显著。具体来看,降水水化学组成随季节变化表现为冬季>春季>秋季>夏季的变化特征;大气降水中各离子组分浓度随月份的变化呈现出干季(10月~次年4月)较高,湿季(5~9月)较低的趋势;事件内降水不同时间间隔采集的降水中的各个离子组分浓度变化各不相同,同一时间间隔内采集的降水中大部分离子组分浓度变化保持一定的变化规律,整个变化过程可分为3个阶段:初期高浓度阶段、平缓阶段和反弹阶段。基于年尺度的降水中各离子组分浓度呈现出明显的空间差异特征,不同采样点的降水中各个离子浓度分布不一致。(3)不同采样点的海水富集因子和土壤富集因子组分保持一致,大部分离子相对于海洋和地壳都呈现富集状态。研究区内的降水化学组分的海源和非海源贡献量各不相同,离子间贡献量也存在差异。总体上各个采样点大气降水化学组分来源主要由人类活动排放和地壳物质输入为主,海洋组分输入很少。人为硫酸盐贡献量因区域分布而不同。通过统计分析得出所有离子来源大体划分为四类,分别为地壳混合来源、工业来源、交通来源和农业来源。另外,利用相关性分析,研究了大气降水中各种化学组分和气象因子、大气质量因子以及人类活动因子之间的关系。最后,基于以上离子组分来源分析提出相应的大气治理对策。
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