南昌市黑碳?xì)馊苣z的降雨清除效率及影響因素分析.pdf

1、黑碳是由生物質(zhì)和化石燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的具有高度熱穩(wěn)定性的含碳物質(zhì),廣泛存在于土壤、沉積物、大氣乃至極地和高山的冰雪中。黑碳?xì)馊苣z的來源可分為自然源和人為源兩種。黑碳?xì)馊苣z可以作為云凝結(jié)核,改變云滴尺度分布、云光學(xué)特性和云中液態(tài)水含量及云量。研究黑碳?xì)馊苣z的降雨清除效率及其影響因素,對于防治黑碳?xì)馊苣z的污染具有重大作用。
　　本研究在2013年5月15日——2014年1月11日對降雨期間大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度及降雨樣品中黑碳濃度進(jìn)

2、行了測定分析,以了解不同降雨時段、不同季節(jié)、不同氣候條件、不同降雨強(qiáng)度對大氣中黑碳?xì)馊苣z的清除效率及作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)降雨期間南昌大學(xué)前湖校區(qū)總懸浮顆粒物(TSP)濃度變化范圍為21.32~216.21μg/m3,平均濃度為109.36±48.92μg/m3,未超標(biāo)。降雨期間大氣中BC濃度變化范圍為0.16~13.86 ug/m3,平均濃度為4.30±3.16ug/m3。與國內(nèi)外城市相比較(未降雨日),南昌市

3、降雨期間黑碳?xì)馊苣z濃度高,污染嚴(yán)重,其降雨期間的黑碳?xì)馊苣z濃度是廈門地區(qū)的4.4倍,是杭州地區(qū)的1.47倍、是南京地區(qū)的1.52倍,是瑞典的3.07倍、加拿大Halifax地區(qū)最大值的5.8倍、美國亞特蘭大地區(qū)最大值的5.81倍。
　　(2)降雨期間南昌市大氣黑碳?xì)馊苣z濃度與TSP濃度無明顯的相關(guān)性。
　　(3)影響降雨期間南昌市大氣黑碳?xì)馊苣z濃度的因素:大氣黑碳?xì)馊苣z平均濃度呈現(xiàn)秋冬季高、夏季低的規(guī)律,平均濃度夏季為3.7

4、4ug/m3、秋季為2.75ug/m3,秋冬季為5.4ug/m3,其中夏季由于降雨頻數(shù)多,黑碳?xì)馊苣z濃度變化大,秋冬季反之;降雨期間大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度隨著大氣相對濕度的增大而呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢,是因?yàn)樵诓煌慕涤耆?相對濕度較大時, LWC較大,這說明了當(dāng)前狀況下存在著更大程度的降雨量及降雨強(qiáng)度,故大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度降低;降雨期間大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度隨著大氣溫度的升高呈現(xiàn)一個逐漸降低的趨勢,這是因?yàn)橄募?氣溫高)降水頻繁且降水量較

5、多,可將大氣中的黑碳?xì)馊苣z更多沖刷到雨水中,并且溫度升高時,氣溶膠粒子在空氣中的布朗運(yùn)動也越劇烈,與雨滴的碰撞系數(shù)增大,提高了降雨對大氣中黑碳?xì)馊苣z的清除效率,導(dǎo)致降雨期間大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度降低。
　　(4)影響降雨樣品中黑碳濃度的因素:降雨樣品中黑碳?xì)馊苣z濃度變化范圍為0.03~1.25μg/mL,平均濃度為0.24μg/mL,表明大氣中的黑碳?xì)馊苣z被截留在降雨樣品中;降雨中BC平均濃度秋冬季高、夏季低;降雨量與降雨中黑碳濃度

6、呈現(xiàn)出正比關(guān)系,大型降雨對大氣中黑碳?xì)馊苣z有著更大的洗脫作用。但因?yàn)榇髿庵袧舛容^高的黑碳?xì)馊苣z在降雨前期已被大量的沖刷到降雨之中,導(dǎo)致后期降雨時,大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度已降低,并且由于降雨后期雨強(qiáng)的減小,降低了雨滴與大氣中黑碳?xì)馊苣z的碰撞系數(shù),這些原因均導(dǎo)致大型降雨后期降雨對大氣中黑碳?xì)馊苣z的沖刷作用的減小,從而造成大型降雨期間降雨中黑碳?xì)馊苣z濃度的變化范圍不大;降雨樣品的電導(dǎo)率中與樣品中黑碳濃度有著良好的正比關(guān)系,原因是黑碳由于其結(jié)構(gòu)特

7、性,具有較強(qiáng)的吸附能力,能夠有效的吸附懸浮于大氣環(huán)境中的有機(jī)污染物并在通過降雨時候?qū)⑵鋷胗晁刑岣哂晁膹?fù)雜程度。導(dǎo)致了降雨樣品電導(dǎo)率的升高。
　　(5)影響黑碳?xì)馊苣z降雨清除效率的因素:降雨對黑碳?xì)馊苣z的清除率范圍為0.13％~6.68%,清除效率大多在1%以下;降雨對大氣中黑碳?xì)馊苣z的平均清除效率呈現(xiàn)出夏季高、秋冬季低的特點(diǎn),而且由于夏季降雨量大并且雨強(qiáng)變化范圍大,導(dǎo)致夏季降雨期間降雨對黑碳?xì)馊苣z的清除效率變化范圍要大于秋季

8、及冬季;黑碳清除效率與降雨量之間呈現(xiàn)線性關(guān)系,研究表明,降雨量小于40mm的降雨對黑碳?xì)馊苣z的清除效率維持在2%以下,清除效率變化范圍為0.13%~1.56%,當(dāng)降雨量大于40mm時,對黑碳?xì)馊苣z的清除效率開始迅速增大,說明降雨量、降雨時長、降雨強(qiáng)度均對大氣黑碳?xì)馊苣z清除效率起到積極作用,高強(qiáng)度、大雨量的降雨對大氣中黑碳?xì)馊苣z的沖刷更加有用;隨著電導(dǎo)率的增大,黑碳?xì)馊苣z清除效率也逐漸增大,但是這種變化規(guī)律并不是線性的;隨著大氣相對濕度的

9、增大,黑碳?xì)馊苣z清除效率也逐步增大,兩者之間呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系,而且當(dāng)大氣相對濕度大于90%(含90%)時,黑碳?xì)馊苣z清除效率增高幅度加大,當(dāng)相對濕度從90%增加到96%時,黑碳?xì)馊苣z清除效率從1.49%增高到6.68%,相對濕度增加了6%,黑碳?xì)馊苣z清除效率增加了5.19%?？梢姰?dāng)大氣相對濕度增高時,更有利于大氣中黑碳?xì)馊苣z的清除;黑碳?xì)馊苣z的降雨清除效率基本隨著溫度的波動處于同一變化趨勢,并且在氣溫處于較高的范圍內(nèi)時,黑碳?xì)馊苣z降雨清除效

10、率也處于一個較高的范圍,因?yàn)闇囟壬邥r,雨滴在大氣中與黑碳?xì)馊苣z的布朗碰并作用加強(qiáng),與大氣中黑碳?xì)馊苣z的碰并幾率增高,導(dǎo)致大氣中懸浮的黑碳?xì)馊苣z顆粒更多的被雨滴所沖刷帶到地面進(jìn)行沉降。
　　(6)連續(xù)性降雨對BC濃度及清除效率的影響:在選取的連續(xù)兩天以上的降雨中,降雨樣品中黑碳?xì)馊苣z濃度在第一天降雨中達(dá)到最高值,然后逐天遞減;大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度隨著降雨后期逐漸增大;黑碳?xì)馊苣z清除效率表現(xiàn)出逐日降低的規(guī)律,這是因?yàn)殡S著降雨后期,降