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我国酸雨问题日益凸显,影响降水酸度的影响因素较多,其中颗粒物对降水酸度的影响不可忽视,研究颗粒物对降水酸度的影响有重要意义。本研究以我国酸雨较严重的城市--杭州市为研究区域,展开环境空气颗粒物对降水酸度的影响研究。主要结论如下:
(1)杭州市酸雨污染严重,降水中碱性物质的缓冲作用较小。
杭州市酸雨现象严重,酸雨率为87.9%,降水pH的雨量加权月均值为4.50,降水pH值冬季较低、夏季较高。SO42-和NO3-是降水样品中主要的阴离子,NH4+和Ca2+是主要的阳离子。相对于国内各城市,降水的离子浓度不高,离子浓度总和在夏季最低、秋季最高,这与气象条件有较大关系。降水中SO42-/NO3-平均值为3.04,相对国内其它城市较低,可见杭州市为硫酸型酸雨,且近年来有由硫酸型向硫酸-硝酸混合型演变的趋势。杭州市降水中酸性离子和碱性离子的浓度均不高,降水中31.9%的SO42-和NO3-没有被中和,∑阳/∑阴的值为1.11,[NH4++Ca2+]/[SO42-+NO3-]值为0.84,对降水酸性起缓冲作用的碱性物质的含量较低,碱性物质的缓冲作用较小,不足以完全中和酸性物质,其中NH4+和Ca2+的中和作用较大,Mg2+等其他离子对降水的中和作用可以忽略。相关性分析表明,降水酸度受多种离子综合作用的影响,不由某个离子确定。采用主成分分析对降水中各离子来源进行解析,结果表明,杭州市大气降水的化学组成主要来自于地壳源、工厂排放、生物质和垃圾燃烧等人为活动以及海洋输送的Na+和Cl-。
(2)杭州市气溶胶呈弱碱性,具有一定的酸缓冲能力。
杭州市环境空气中PM10、TSP酸缓冲能力均值为4.9、5.8,具有一定的酸缓冲能力,但其缓冲能力较弱,仅为天津的1/3。无论是TSP还是PM10,其酸缓冲能力均与浓度关系不明显,这可能与该地区大气颗粒物主要源类的酸碱特性有关;对水溶性离子与颗粒物酸缓冲能力A值的相关性研究表明,钙离子是影响颗粒物酸缓冲能力的关键化学组分;源解析结果表明,虽然杭州市大气颗粒物主要来自城市扬尘,但其酸缓冲能力主要来自建筑水泥尘,而非城市扬尘,这与杭州地区的酸性土壤背景有较大关联。
(3)云下冲刷过程是颗粒物碱性组分影响降水酸度的主要过程。
杭州市颗粒物中各离子组分的浓度在雨天与非雨天均存在差异,非雨天是雨天浓度的2倍左右,其中钙离子受雨水的冲刷作用较大,硫酸根与铵根离子的冲刷作用较小。杭州市降水中各离子组分受云下冲刷过程的作用不同,其中碱性阳离子的冲刷作用较酸性阴离子强。
大气颗粒物酸缓冲能力A值在降水过程中呈逐渐减小的趋势,且TSP比PM10明显。大气颗粒物主要碱性离子组分中Ca离子和Mg离子在降水初期呈现明显降低趋势,特别是Ca离子的变化更突出,说明降水对颗粒物碱性组分有明显冲刷作用,然而其他离子组分受降雨冲刷的作用并不明显。降水与颗粒物离子组分的相关性分析表明,钙离子等碱性离子在颗粒物与降水间存在较明显的正相关性,说明雨水中的钙离子等碱性离子主要来自对大气颗粒物的冲刷作用;硫酸根离子和硝酸根离子总体上相关性不大,说明雨水中的这些酸性物质并不主要来自颗粒物的冲刷,而可能来自上层云水的雨除过程。
综上所述,杭州市降水过程中颗粒物对降水酸度有一定的影响,其中降水中的碱性离子受颗粒物的影响较大,酸性离子受颗粒物的影响并不显著。这说明云下冲刷过程是颗粒物碱性组分对降水酸度产生缓冲作用的主要过程。