大氣冷凝水化學(xué)特性研究.pdf

1、大氣酸沉降給生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會帶來了極大的影響，已經(jīng)引起了人們的高度重視。大氣水系統(tǒng)中的水大部分是以水蒸汽形式存在的。因環(huán)境條件的差異，這些水蒸汽會在高空或地面發(fā)生理化反應(yīng)而形成各種水汽凝結(jié)體（如宏觀的雨、雪;微觀的霧、露、霜），這些懸浮于大氣中的水汽凝結(jié)體就組成了大氣濕沉降。各種水汽凝結(jié)體在形成過程中會因不斷吸收污染物而使其化學(xué)特性發(fā)生變化。綜合研究各大氣水汽凝結(jié)體的化學(xué)特性，有助于了解不同地區(qū)大氣污染狀況、各水汽凝結(jié)體之間的差異以及

2、大氣中重要化學(xué)過程，為制定相關(guān)政策法規(guī)提供有力的實驗理論支持。
　　目前國內(nèi)外對大氣濕沉降化學(xué)的研究多集中在雨、雪等宏觀氣象現(xiàn)象上，而對霧、露以及霜等不顯著的微氣象現(xiàn)象研究則較少，尤其是露和霜。大氣化學(xué)過程絕大部分都離不開水蒸汽的參與。探討各大氣化學(xué)過程中紐帶——水蒸汽的化學(xué)特性，有助于揭示大氣中重要化學(xué)過程的機制?；诖?，本論文提出了大氣冷凝水概念，完成了以下三個部分的研究工作:
　　(1)不同水汽凝結(jié)體化學(xué)特性比較。比較

3、分析各大氣水汽凝結(jié)體化學(xué)特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)常見大氣水汽凝結(jié)體中TWSI含量總體表現(xiàn)為霧＞露＞霜＞雨＞冷凝水＞雪，pH值則總體呈現(xiàn)出霧＜霜＜雨＜雪＜冷凝水＜露。從物質(zhì)絕對含量上看，第一集團（霧、露和霜）要比第二集團（雨、雪和冷凝水）高1～2個數(shù)量級。雨水因其本身沉降量巨大，且在漫長沉降過程中不斷吸收污染物質(zhì)，故而也常常表現(xiàn)出較高的物質(zhì)含量。
　　(2)大氣冷凝水化學(xué)特性。通過2011年3～11月對上海大氣冷凝水樣品以及6月17日～7月5

4、日對黃山霧水樣品采樣分析。結(jié)果表明大氣冷凝水pH值為6.5±0.2，多呈弱酸性（近中性）;比霧水和雨水pH值高2～3個pH單位，與露水pH值比較接近。冷凝水EC值比其他水汽凝結(jié)體低1～2個數(shù)量級，僅占同期同站點霧水的1.9％，說明冷凝水的總物質(zhì)含量明顯低于常見水汽凝結(jié)體。其中SO42-和NH4+是冷凝水主導(dǎo)陰陽離子，SO42-/NO3-比值高達13.1，幾乎是其他水汽凝結(jié)體的10倍;NO3-含量比NO2-低，這是已有大氣水汽凝結(jié)體化學(xué)研

5、究中尚未出現(xiàn)的;Ca2+和Mg2+含量分別只占霧、露、雨和霜的1.2％、2.3％、15.8％和20.1％。水溶性有機酸（CH3COOH、MSA、HCOOH和H2C2O4）含量占冷凝水TWSI的4.1％，而同期同站點霧水和雨水中這四種有機酸含量分別僅占TWSI的0.9％和0.8％;冷凝水和霧水中有機酸與pH值均呈現(xiàn)出一定程度的負相關(guān)性;冷凝水中有機酸對TFA的貢獻可達到4.3％，其中MSA和H2C2O4對TFA貢獻最大，分別達到3.8％和

6、0.4％;同期黃山霧水中有機酸對其TFA的貢獻僅為0.2％，比冷凝水的低很多。較高的有機酸含量是大氣冷凝水區(qū)別于其他水汽凝結(jié)體的一個顯著特征。
　　(3)大氣冷凝水化學(xué)中典型化學(xué)過程。綜合分析大氣冷凝水各離子間盼相關(guān)關(guān)系以及各離子含量隨時間的變化特征。大氣冷凝水和霧水中SO42-與NO3-相關(guān)系數(shù)分別為0.3和0.9;霧水中SO42-、NO3-與金屬離子（K+、Ca2+和Mg2+）之間存在明顯的相關(guān)性，而冷凝水中它們不具有相關(guān)性（

7、相關(guān)系數(shù)為負值），說明冷凝水中主要致堿因子不是各金屬離子，且各金屬離子含量極低;冷凝水中Mg2+與Ca2+相關(guān)系數(shù)很高，其原因可能是大氣中的水汽在陸源礦塵粒子沉降過程中溶解了其表面的部分離子，這些已溶解的陸源離子就會“暫住”于水汽中而進入冷凝水，從而導(dǎo)致冷凝水中出現(xiàn)常見致酸離子與陸源堿性離子間不具有相關(guān)性，而各陸源堿性離子之間卻表現(xiàn)出較高相關(guān)度的異常現(xiàn)象;冷凝水中NH4+與SO42-的相關(guān)系數(shù)是0.9，而NH4+與NO3-之間幾乎不存在