天津地區(qū)降雪的化學(xué)組成及其演變特征.pdf

1、近些年來，頻繁出現(xiàn)的霧霾不僅造成了大氣能見度降低以及空氣環(huán)境質(zhì)量的變化，同時(shí)也給人們的日常生活和工作帶來了許多不利的影響。空氣環(huán)境質(zhì)量的變化也引起各界人士的高度關(guān)注。通過對(duì)大氣濕沉降（降雨和降雪）中污染物的研究，可以從側(cè)面更好地了解霧霾等不利氣象條件下大氣環(huán)境中重金屬污染物和無機(jī)離子等的污染狀況。
　　本研究采集了2012年～2013年和2013年～2014年兩個(gè)冬季（采暖期）的7場主要降雪。采用ICP-MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜

2、）、FAAS（火焰原子吸收）和IC（離子色譜）等方法對(duì)降雪中的化學(xué)成分進(jìn)行測定和分析。分析項(xiàng)目包括降雪的pH值、水溶性陰陽離子(F、Cl-、Br-、PO43-、NO2-、SO42-、NO3-、K+、Ca2+、Na+和Mg2+)和金屬元素(Hg、Cd、Pb、As、Se、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、V、Al、Mn和Fe)等。首先，通過將降雪中的主要污染物濃度與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)的對(duì)比分析，研究其污染水平。其次，通

3、過與收集到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，探討兩年來及更長尺度范圍內(nèi)的降雪酸度、離子組成、污染物含量水平的時(shí)空變化特點(diǎn)。最后，結(jié)合美國NOAA官網(wǎng)提供的混合單粒子拉格朗日綜合軌跡(HYSPLIT)模式，在線模擬降雪期間24小時(shí)內(nèi)氣團(tuán)后向運(yùn)動(dòng)軌跡，初步探討其可能方向來源和傳輸尺度不同的氣團(tuán)對(duì)降雪各元素的含量水平和時(shí)空演變的影響。研究結(jié)果表明:
　　(1)研究期間，很少有酸性降雪發(fā)生，83％的降雪未達(dá)到酸雨水平?？梢哉J(rèn)為是由于天津市臨近渤海，

4、海洋環(huán)境對(duì)其影響較大;土壤中各種不同來源的銨鹽和硝酸鹽以及其他堿性物質(zhì)容易揮發(fā)到大氣中，造成大氣中酸、堿性物質(zhì)發(fā)生中和，是天津降雪大體并未達(dá)到酸雨級(jí)別的主要原因之一。
　　(2)SO42-和NO3-是主要陰離子和酸性離子，分別約占陰離子濃度和的48.9％和25.8％。由于渤海海水揮發(fā)的影響，Cl-含量也占有較大比例。天津市降雪的SO42-/NO3-值為2.005，根據(jù)酸型分類為混合型污染。SO42-濃度的增加以及SO42-/NO3

5、-的下降趨勢，反映出天津大氣污染類型正在逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變。降雪中陽離子總濃度的范圍為5.46～32.47mg/L，Na+和Ca2+是主要陽離子，分別約占陽離子濃度和的43.0％和39.9％;與其他城市相比，陽離子濃度處于較高水平，Ca2+、Na+和Mg2+等離子受到環(huán)渤海地區(qū)環(huán)境的影響。
　　(3)7場主要降雪中Zn、Fe、Al和Mn含量較高，占總金屬元素的77.9％～97.9％;重金屬元素Hg的污染最為嚴(yán)重，每次降雪中含量均超過地表

6、水環(huán)境質(zhì)量(GB3838-2002)四類標(biāo)準(zhǔn)，其次是Zn污染較為嚴(yán)重，Pb和Cd元素污染水平最低。天津降雪未受到Cu、Se、As和Cr等元素污染。與國內(nèi)外一些城市相比:Cd含量最低;As含量高于北京市和唐山市;Pb含量高于除北京、新加坡和墨西哥等城市。
　　(4) Co和Mn含量在7場降雪中均表現(xiàn)出相同的變化趨勢，說明Co和Mn元素的來源可能相同或相似;降雪沉降攜帶去除的Hg和Pb是天津地區(qū)土壤、水體沉積物以及環(huán)渤海地區(qū)中重金屬可

7、能來源之一。
　　(5)在本文里不同方向的水汽來源與降雪酸度并未表現(xiàn)出明顯相關(guān)性，僅體現(xiàn)出來自東北方向氣團(tuán)的降雪pH值較高。同類水汽來源的氣流軌跡只是具有大致類似的水汽來源方向和相似輸送路徑的氣團(tuán)，并不能很好的分析在天津地區(qū)氣團(tuán)的遷移擴(kuò)散情況，還應(yīng)考慮風(fēng)向、風(fēng)速和相對(duì)濕度等氣象因素來對(duì)降雪的離子特征的影響。綜合分析表明降雪中陰、陽離子受海洋影響較大，而金屬元素則主要受陸源輸入的影響;相對(duì)濕度越大、風(fēng)速越小的氣象條件越有利于重金屬的