廬山云霧水的離子組成及來源分析.pdf

1、云雨一直是國際研究的熱點(diǎn)問題，云霧的酸化是導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生的主要過程之一，為了解云霧污染的過程和機(jī)理，本研究選擇位于我國南部重酸雨區(qū)的廬山作為采樣點(diǎn)，進(jìn)行云霧化學(xué)觀測，研究我國高山云霧的離子組成特征、污染物來源及輸送態(tài)勢，對研究我國酸雨的產(chǎn)生和整個(gè)東亞地區(qū)污染物傳輸具有十分重要的意義。
　　 于2011年8～9月和2012年3～5月，分夏季和春季兩期對廬山云霧水進(jìn)行化學(xué)觀測。觀測期間，共采集云霧水樣品141個(gè)，測定和分析項(xiàng)目包括pH

2、值、電導(dǎo)率、主要水溶性陰陽離子（F-，Cl-，NO3-，SO42-，NH4+，K+，Na+，Ca2+，Mg2+）和有機(jī)酸（甲酸、乙酸、草酸、乳酸、丙酸、丁酸和甲烷磺酸）共18個(gè)指標(biāo)，分析云霧水的基本化學(xué)特征，利用混合型單粒子拉格朗日軌跡模式模擬每個(gè)云霧水樣品發(fā)生時(shí)的氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)方式，分析不同來向和運(yùn)動(dòng)路徑的氣團(tuán)對云霧水離子組成的影響。
　　 研究結(jié)果表明，廬山夏季和春季云霧水pH的加權(quán)平均值分別為3.69和3.90，受春季沙塵天氣及

3、降雨量的影響，春季云霧水酸度及重酸性云霧頻率明顯低于夏季?？偟膩碚f，廬山云霧水酸度較強(qiáng)，云霧水pH范圍在2.75～5.84之間，加權(quán)平均值為3.79，酸性云霧發(fā)生頻繁。廬山春季云霧水pH值在25年間降低了1.49，云霧水酸度呈逐年升高的趨勢。與國內(nèi)站點(diǎn)相比，廬山云霧酸度稍高于華北地區(qū)的泰山站點(diǎn)，與華南地區(qū)的衡山站點(diǎn)十分接近。與國外的觀測結(jié)果相比，本次觀測的結(jié)果較亞洲其它地區(qū)酸度相對偏高，且覆蓋范圍更寬，較美國、加拿大和意大利等國家酸度相

4、對偏低。
　　 廬山云霧水中最主要的四種離子分別為SO42-、NH4+、NO3-和Ca2+，離子濃度分別為359.53μeq/l、288.73μeq/l、193.00μeq/l和63.08μeq/l，占總離子濃度的76％。相較于春季云霧水(11460.97μeq/l)，夏季云霧水的總離子濃度更高，為1400.54μeq/l，但春季云霧水的總離子濃度范圍更大，最大值和最小值相差70多倍。分析各離子占總離子濃度的比例，發(fā)現(xiàn)SO42-

5、和NO3-在春季云霧水中所占的比例明顯高于夏季，其它離子如NO3-、Ca2+、Na+、Cl-、F-、Mg2+則均略低于夏季。云霧水中的SO42-為最主要的致酸因子，云霧水中63％的酸度來自SO42-，通過非海鹽硫酸鹽計(jì)算，總硫酸根中99.24％為非海鹽硫酸根類，說明廬山上的SO42-主要來源于人為污染。廬山云霧水的SO42-/NO3-為1.86，近25年有所增加。NH4+為云霧水中最主要的中和因子，占總陽離子濃度的51.26％，可中和云

6、霧水中55％的酸度，其次為Ca2+可中和云霧水中11％的酸度。云霧水的主要致酸因子SO42-、NO3-和中和因子Ca2+、NH4+之間存在很高的相關(guān)性，酸度的中和分析表明，廬山云霧水中32％的酸度未被中和，未中和比例較高。云霧水中有機(jī)酸以甲酸、草酸和乙酸為主，云霧水的中3％的酸度來自這三種有機(jī)酸，甲酸和乙酸主要來源于植物排放，草酸與SO42-具有相對較好的相關(guān)性，受人為影響明顯。Mg2+受海洋影響明顯，平均有66.95％成分來自海洋，但

7、是標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，說明Mg2+來源較為復(fù)雜且變化性較強(qiáng)。與全球其他高山站點(diǎn)相比，廬山云霧水中SO42-低于其他大部分站點(diǎn)，而NO3-與其他站點(diǎn)相比，沒有表現(xiàn)出明顯降低;云霧水Na+和Cl-濃度與美國站點(diǎn)更為接近;除廬山外，其他站點(diǎn)的云霧水銨鈣比均大于1，而廬山站點(diǎn)的銨鈣比呈逐年上升的趨勢，1987年、1993年和2011～2012年分別為0.23、1.14和4.53。
　　 云霧過程中，主要離子濃度在采樣前期、中期和后期存在明顯差

8、異，分析發(fā)現(xiàn)SO42-、NH4+主要存在于小顆粒上，NO3-更傾向于存在大顆粒上，Ca2+表征土壤沙塵，其在云霧過程中離子濃度以及占總離子濃度的比例變化均不明顯，說明云霧過程中土壤沙塵對云霧的影響較為穩(wěn)定。因子分析發(fā)現(xiàn)，廬山云霧水的離子濃度主要受人為源和土壤沙塵的影響。海洋源除攜帶主要的海洋離子外，其他離子濃度較小，相對較清潔，因子分析中夏季云霧水可以很好的解析出海洋源的影響。
　　 根據(jù)后退氣流軌跡分析可以將云霧氣團(tuán)劃分六類，

9、來自于我國北部、西北部地區(qū)，經(jīng)過我國的北部地區(qū)傳輸至廬山的氣團(tuán)所帶來的云霧離子濃度最高，酸度偏高，相對其他氣團(tuán)Ca2+在總離子濃度中所占的比例最大;來自東北亞地區(qū)，經(jīng)過朝鮮半島、韓國或我國沿海地區(qū)及華北、華東地區(qū)傳輸?shù)竭_(dá)廬山的氣團(tuán)所帶來的云霧離子濃度較高，海洋離子Na+和Cl-濃度最高;來自于我國東部沿海，途中可能受來自日本的污染物影響，經(jīng)上海、杭州等地向西運(yùn)動(dòng)到達(dá)廬山的氣團(tuán)所帶來的云霧酸度最高;來自于我國南部、南部沿海或東南亞的某些國