上海酸雨物理化學(xué)特征及氮濕沉降研究.pdf

1、酸雨又被稱為“空中死神”。我國(guó)是繼歐洲、北美之后的世界第三大酸雨多發(fā)區(qū)。據(jù)《2009年上海市環(huán)境狀況公報(bào)》中報(bào)道，上海酸雨污染高達(dá)79.2％，是世界上酸雨污染最嚴(yán)重的城市之一。
　　 本研究通過對(duì)上海寶山氣象站的酸雨長(zhǎng)期觀測(cè)資料的氣候特征分析，探討了寶山酸雨pH的年際變化和月變化，發(fā)現(xiàn)寶山站的酸雨特征和上海市平均狀況有較大差異，并和浦東氣象站同期歷史觀測(cè)資料進(jìn)行了對(duì)比分析，闡述了大氣污染及氣象因素對(duì)兩地酸雨污染差異的影響。為了調(diào)

2、查上海酸雨污染空間分布狀況，在上海布設(shè)十個(gè)采樣點(diǎn)，分析了降水中離子成分，并對(duì)上海市酸雨pH和化學(xué)組分進(jìn)行了評(píng)估，研究了pH和離子空間分布特征。繼而對(duì)寶山和浦東降水化學(xué)成分進(jìn)行了對(duì)比分析，研究造成這種差異的原因。最后論述了上海地區(qū)大氣氮濕沉降的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)、時(shí)空變化特征。
　　 本論文主要研究結(jié)論如下：
　　 1.上海寶山地區(qū)酸雨長(zhǎng)期變化趨勢(shì)、月變化及原因解析。通過對(duì)上海寶山氣象站1992-2009年酸雨長(zhǎng)期觀測(cè)資料分析，

3、結(jié)果表明，寶山地區(qū)多年降水量加權(quán)平均pH為5.21，呈弱酸性，酸雨率24％，低于上海市平均水平。寶山降水pH變化區(qū)間為3.03-8.44，45％的降水pH集中在6.0-7.0之間。pH年際變化趨勢(shì)不明顯，和上海市平均pH變化趨勢(shì)相差較大。電導(dǎo)率EC值呈逐年上升趨勢(shì)，平均每年增加2.0μS cm-1。pH在冷季較低，暖季較高，電導(dǎo)率EC相反。與浦東站2007-2009年資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，浦東酸雨?duì)顩r遠(yuǎn)比寶山嚴(yán)重。寶山和浦東站pH均與PM10、

4、SO2、NO2濃度呈負(fù)相關(guān)，EC與PM10、SO2、NO2濃度呈正相關(guān)。寶山和浦東降水的pH均隨降水量增加略有下降，最高值出現(xiàn)在降水量最小的降水時(shí)段；EC值隨降水量增加而降低，降水量對(duì)大氣污染物稀釋作用明顯；酸雨率也是在降水量小的時(shí)候較低，表明大氣顆粒物對(duì)降水有一定的中和作用。寶山站在西北風(fēng)來向的酸雨pH最大，而在東北到東南風(fēng)來向的酸雨pH最低，即酸雨程度最重；浦東站，在北到西北風(fēng)來向的酸雨的pH最大，而偏南風(fēng)帶來的酸雨的pH最低。

5、r>　　 2.上海平均pH、可溶性離子濃度的時(shí)空變化。通過對(duì)上海市十個(gè)采樣點(diǎn)降水化學(xué)組分進(jìn)行分析，上海地區(qū)平均pH是4.51，降水呈酸性，酸雨率是65％，再次證明上海是世界上酸雨最嚴(yán)重地區(qū)之一。上海地區(qū)降水pH空間分布是不均勻的。上海西部和西南部的松江、金山和青浦三站最低，上海北部寶山、嘉定最高。上海降水pH具有明顯季節(jié)變化特征，絕大部分站最低值和最高值分別出現(xiàn)在春季和夏秋季節(jié)，冷季的pH較暖季更低，與SO2和NO2濃度季節(jié)變化比較一

6、致。上海地區(qū)降水平均離子濃度排序：Ca2+>SO42->NH4+>Cl->Na+>NO3->Mg2+>F->K+，SO42-/NO3-為3.24，上海酸雨主要是硫酸型。平均離子濃度之和730.08μeq/L，屬重度污染。可溶性無機(jī)離子濃度之和空間分布不均勻。高值出現(xiàn)在上海北部和市中心區(qū)域，低值出現(xiàn)在上海南部和西南部地區(qū)。從降水各離子空間分布可以看出，Ca2+空間分布和pH空間分布基本一致。各點(diǎn)平均離子濃度的季節(jié)變化，只有鈣離子較為一致，

7、九個(gè)站有七個(gè)站Ca2+濃度最高值出現(xiàn)在夏季。
　　 3.上海寶山和浦東酸雨化學(xué)組分對(duì)比分析。通過對(duì)2008年8月寶山和浦東降水化學(xué)組分和大氣污染物詳細(xì)研究可知，寶山降水平均pH是5.59，酸雨率9.1％；浦東酸雨比寶山更為嚴(yán)重，降水平均pH是4.19，酸雨率92.3％。寶山降水中離子濃度之和1306.56μeq/L，是浦東離子濃度之和(749.39μeq/L)近兩倍，屬于重度污染。兩站共同特點(diǎn)是：SO42-和NO3-是主要陰離子

8、，Ca2+和NH4+是主要陽離子。寶山鈣離子中和作用遠(yuǎn)高于浦東，是兩站酸雨污染不同主要原因。研究還發(fā)現(xiàn)，浦東做為大氣環(huán)境相對(duì)清潔地區(qū)，硫酸鹽和硝酸鹽主要是光化學(xué)反應(yīng)生成，而寶山大氣硫酸鹽和硝酸鹽主要通過非均相的化學(xué)反應(yīng)生成。浦東大氣顆粒物中以細(xì)粒物為主，增加降水酸性：寶山粗粒物占比重較大，對(duì)降水酸性可起緩沖作用。兩地大氣氧化能力和氣溶膠顆粒物對(duì)降水的不同作用，從另一個(gè)角度解釋了兩地降水酸性不同的原因。對(duì)降水離子源解析表明，上海降水中大部

9、分離子來自人類生活和生產(chǎn)過程排放，反映出上海大氣是礦塵、二次氣溶膠及海鹽顆粒復(fù)合污染，其中礦塵和二次氣溶膠貢獻(xiàn)較大。
　　 4.上海大氣氮濕沉降濃度和通量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)及時(shí)空變化。通過對(duì)1990-2009年上海市空氣質(zhì)量年報(bào)中NO3-和NH4+濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合寶山氣象站年降水量資料，對(duì)上海地區(qū)氮濕沉降長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，NO3--N(硝態(tài)氮)濃度最低值出現(xiàn)在1991年，為1.34 mg/L，最高值3.41 mg/L出現(xiàn)在200

10、3年，多年降水量加權(quán)平均值是2.39 mg/L，總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，年平均增長(zhǎng)率為0.05mg/L；NH4+-N(氨態(tài)氮)濃度變化范圍在1.70 mg/L到2.62 mg/L之間，最低值和最高值分別出現(xiàn)在1991和1997年，多年降水量加權(quán)平均值是2.07 mg/L，總體呈下降趨勢(shì)，年平均下降率是0.03 mg/L。TN(總氮)濃度位于3.04-5.75 mg/L，多年降水量加權(quán)平均值是4.46 mg/L。上海大氣降水中氮沉降通量年際變

11、化較大，硝態(tài)氮年沉降通量最高值是2009年，為38.17 kg h㎡yr-1，最低值是1991年，為20.48kg h㎡yr-1，多年平均值為27.72kg h㎡yr-1，和降水量呈弱正相關(guān)(r2=0.215)；氨態(tài)氮年沉降通量最高值發(fā)生在1999年，為35.22 kg h㎡yr-1，最低值是2008年為19.12 kg h㎡yr-1，多年降水量加權(quán)平均值為24.01 kg h㎡yr-1，和降水量呈弱正相關(guān)(r2=0.315)；總氮年沉

12、降通量多年降水量加權(quán)平均值為51.73kg h㎡yr-1，和降水量相關(guān)較明顯(r2=0.402)，降水量對(duì)大氣濕沉降氮沉降通量有重要影響。
　　 研究表明，上海大氣降水中各站點(diǎn)硝態(tài)氮、氨態(tài)氮和總氮濃度有明顯季節(jié)變化，但呈現(xiàn)不同變化特征。氮沉降濃度空間分布不均，硝態(tài)氮、氨態(tài)氮及總氮年平均濃度空間分布有較大差異。硝態(tài)氮平均濃度徐家匯地區(qū)最高，為3.78 mg/L；奉賢地區(qū)最低，為1.42 mg/L。氨態(tài)氮濃度奉賢地區(qū)最高，達(dá)到2.4

13、2 mg/L，最低值出現(xiàn)在南匯地區(qū)。徐家匯地區(qū)總氮濃度最高，南匯地區(qū)最低。這主要是氮沉降濃度與降水量、所處地理位置、氣候條件、本地污染物排放和外區(qū)域傳輸綜合影響，使得氮沉降空間分布復(fù)雜多變。同時(shí)，硝態(tài)氮沉降通量季節(jié)變化明顯，除了閔行、青浦兩站春季略高于夏季外，其他各站均表現(xiàn)為夏季最高，最低值除奉賢地區(qū)出現(xiàn)在春季外，其他各站都出現(xiàn)在冬季，硝態(tài)氮季節(jié)變化主要是降水量決定的。氨態(tài)氮沉降通量季節(jié)變化，除青浦地區(qū)和松江地區(qū)外，其他各站均是夏季最高