中国典型城市地区湿沉降(降水)化学特征研究

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本文全面讨论了近年来中国城市湿沉降(降水)的基本概况和区域性特征,并以北京为典型城市,深入系统地研究了北京降水的物理化学特征及其与北京大气污染之间的联系,为更好地了解北京大气和降水受经济快速发展的影响程度并对其进行治理提供科学的第一手资料和理论依据。 我国降水量地理分布很不均匀,由东南向西北递减,东南部一些地区的年均降水量接近2000 mm,而西北一些地区的年降水量却低至100 mm以下。年降水变率北方大于南方,内陆地区大于沿海地区。南方各省市地区春季降水量大,北方地区夏季降水量较大,出现降水最高值的月份由南向北逐渐向后推移。南部地区降水酸度较大,尤其是西南部地区,而西北部地区降水酸度较小。降水中的离子总浓度由西北至西南再到东南部逐渐下降,与我国降水量的分布和经济发展的地区差异有密切联系。西南地区是SO<,4><2->和NO<,3><->的高沉降区,东南地区是Cl<->的高沉降区,而Ca<2+>的高沉降区位于西北地区。降水H<+>离子的沉降量取决于降水中各种离子的相互作用和降水量的分布,东南和西南地区是H<+>离子沉降量的高值区。 北京降水2003~2005年平均pH值为5.95,较之八十年代有明显的降低。北京仍属于非酸雨区,但也有酸度较大的降水事件发生。北京的几个典型酸性降水事件气流多来自南偏西方向和东南方向,而非酸性降水气团的来流方向是西或西北向。北京降水酸度的主要来源是局地云下降雨洗脱,同时也受中长距离传输的影响,由两者相互叠加作用所决定。北京大气中的SO<,2>和NO<,2>气体组分以及气溶胶组分对北京降水酸度的影响作用不容忽视。SO<,2>和NO<,2>是北京降水酸度和降水中酸性物质的重要前体物,而气溶胶颗粒物对降水起着贡献酸度或缓冲中和酸度的双重作用。一方面酸性组分较多的细颗粒物能够增加降水的酸度,起贡献作用;而另一方面,粗颗粒物中的碱性组分对降水的酸度又起中和作用,降低降水的酸度。北京虽然人为污染状况严重,但因为大气中含有较多的以碱性组分为代表的粗颗粒土壤尘粒,所以出现酸性降水的频率较低。 北京降水中主要的离子组分是SO<,4><2->、NO<,3><->、NH<,4><+>和Ca<2+>,而Cl<->、F<->、K<+>、Na<+>和Mg<2+>是次主要的离子。对北京降水样品进行主成分分析共提出了3个主成分因子,与Na<+>、K<+>、F<->和Cl<->离子有关的人为源、与Mg<2+>、Ca<2+>等离子相联系的地壳源,还有对SO<,4><2->和NH<,4><+>离子有高的载荷的二次污染源。北京经济发展快速、交通发达,降水中的SO<,4><2->、NO<,3><->和NH<,4><+>离子浓度与中国南部部地区降水中的相当。由于土壤、道路扬尘和建筑的矿物颗粒被雨水冲刷,北京降水中Ca<2+>和Mg<2+>离子浓度较高,与西北部干旱偏远地区降水中的这两种离子浓度处在同一个数量级。近二十年来降水中S04}、N03’和NH4’离子的浓度增加,说明北京的二次污染,尤其是交通排放导致的大气污染越来越严重。北京降水中的离子浓度变化规律与大气污染变化规律有较好的一致性。北京冬季的大气污染要比其他季节严重,而降水中离子的浓度也是在冬季较高,酸度也是一年中最高的。北京降水中主要离子的沉降通量夏季最高,并且北京是SO<,4><2->和NO<<3><->离子的高沉降区。北京降水中的五种痕量金属元素按其浓度大小排列为Al>zn>Fe>Mn>Pb>Cu。与其他城市相比,北京降水中Pb元素的质量浓度较高,作为燃烧排放的特征的痕量金属Zn、Cu和Mn的浓度也很高,Fe元素的质量浓度相差不大。依据溶解度这些元素可以分为三组。Zn的溶解度高于60%,Mn和Cu溶解度适中,介于20%到60%之间,Fe和Al的溶解度低于20%。元素的溶解度受很多因素的影响,如降水的酸度、元素存在的大气颗粒物的类型等等。城市气溶胶中元素的溶解度要大于郊区气溶胶中的该元素溶解度。受降水强度、排放强度和气象条件的影响,北京降水中痕量金属元素的质量浓度随时间不同,但无明显的月变化规律。
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