华东区域背景地区降水化学特征及成因分析

【摘要】：自20世纪80年代以来,随着中国经济的快速发展和工业化进程的快速推进,煤炭、石油等化石燃料的消耗大幅度增加,其向大气环境中排放的酸性物质对大气降水的化学组成产生了重要影响,中国长江以南成为了继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区[1-2]。过去几十年,研究人员对中国上海、广州、深圳,南京、成都、贵阳等中国城市地区的酸雨开展过大量研究工作[3-8],对于广大乡村、偏远地区的酸雨研究报道相对较少。位于中国浙江境内的临安区域大气背景站是中国最早建设的三个区域大气背景观测站之一(1984年建成),该观测站坐落在浙江省临安市横畈镇大罗村,2005年被中国科技部遴选为代表中国华东区域大气背景观测站。近年的观测表明该地区降水pH值较低,降水酸化程度比较严重[9,10]。降水化学组分与pH值密切相关,为了解该区域降水化学组成特征及酸雨成因,本研究在2014年3月-2015年2月对该站点的降水样品进行了采集,共获得43个有效降水样品。降水pH值及SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-、F、NH_4~+、Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)、K~+等雨水化学组分被测定。结果表明,43场降水的pH值分布在3.39-6.37之间,年均雨量加权平均pH值为4.74,pH值小于5.6的酸雨占到了所有降水事件的72%,该背景站降水酸化比较严重。临安降水中离子浓度较中国大多数城市地区和印度乡村地区低[3,7,11,12,13],但高于瓦里关大气本底站(位于中国西北地区的全球大气本底站)和美国Newark城区降水的离子浓度[14,15]。SO_4~(2-)和NO_3~-是降水中主要的阴离子,二者平均占到了阴离子总量的88%。SO_4~(2-)浓度分布在3.8-303.9μeq L-1之间,雨量加权年平均浓度为49.8μeq L-1;NO3-浓度在3.0-206.5μeq L-1之间,雨量加权年平均浓度为32.6μeq L-1。SO_4~(2-)与NO_3~-比值在0.71-2.56之间,平均为1.53,SO_4~(2-)仍然是对该站点降水酸化贡献最大的阴离子,其对无机阴离子总量的贡献平均为53%,但与5年前相比[16],其对降水酸化的贡献正在减小,NO_3~-对无机阴离子总量的贡献平均为35%,其对该区域降水酸化的贡献在增强,表明中国政府近年来对SO2排放控制措施正在发挥作用,但随着近年来中国东部城市化的快速推进和机动车数量的急剧增加,由机动车排放产生的NOx对该区域降水酸化的影响正在不断加大,控制机动车污染对于控制该区域酸雨污染具有重要意义。与中国非城市站点的观测结果比较类似[14,17,18],NH4+成为对该站点降水酸度中和贡献最大的碱性组分,43场降水中Ca~(2+)与NH4+比值平均为0.48,这与非城市站点周围植被覆盖良好,对地表Ca~(2+)进入大气具有较好的抑制作用有重要关系,而在中国城市地区的降水中,Ca~(2+)仍然是降水中最主要的碱性组分[3,4,12]。该站点降水中的Cl~-和K~+主要来自海洋源,而SO_4~(2-),Ca~(2+)和Mg~(2+)主要来自非海洋源,该背景站点降水化学受非海洋源影响较大。