趙曉韻

（貴陽市環(huán)境信息中心貴州貴陽550003）

大氣降水研究綜述

趙曉韻

（貴陽市環(huán)境信息中心貴州貴陽550003）

大氣降水的化學(xué)組成是重要的環(huán)境因子，本文綜述了我國對大氣降水的研究進(jìn)展，主要內(nèi)容和結(jié)論有：我國降水中化學(xué)組分含量存在一定空間差異性，其中SO42-和NO3-高濃度區(qū)出現(xiàn)在中東部地區(qū)，NH4+濃度在中東部地區(qū)最高，而Ca2+的濃度在中國北部和西北部地區(qū)偏高，與土壤中鈣含量分布一致；降水對大氣污染物有一定的清除作用，對其研究有助于了解大氣污染狀況。

大氣降水；化學(xué)組成；污染

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大氣污染成為人們廣泛關(guān)注的環(huán)境問題之一。人類活動(dòng)會產(chǎn)生大量污染物質(zhì)，通過生物圈的循環(huán)進(jìn)入大氣環(huán)境中，吸附在大氣顆粒物上，主要包括致酸性的硫氧化物、氮氧化物，以及一些重金屬元素。從云中降落到地面上的液態(tài)水或固態(tài)水，如雨、雪、雹等，總稱為降水，它是對氣體和顆粒物最有效的凈化方式（王璟，2012），研究大氣降水可以幫助我們了解大氣污染以及地表水污染的情況，有助于判定其來源。大氣降水中的化學(xué)組成成分是重要的環(huán)境因子，受到自然環(huán)境和人為活動(dòng)的共同影響，主要由進(jìn)入水滴的顆粒物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)共同作用而決定，根據(jù)其化學(xué)組分及其分布特征，可以了解由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)化程度加劇、人口膨脹、能源消耗增加等人類活動(dòng)導(dǎo)致環(huán)境的惡化程度。降水的化學(xué)成分決定降水的酸度，通過對其研究可以反映大氣質(zhì)量的整體狀況，尤其是研究降水中SO42-和NO3-濃度的變化，可以反映出降水酸性的改變（王文興等,1997）。酸雨會導(dǎo)致植物生長率降低，使土地貧瘠化，還會使湖泊等地表水酸化，導(dǎo)致魚類等水生生物的死亡，腐蝕建筑物和文物古跡，造成經(jīng)濟(jì)損失等。

大氣降水不僅是一個(gè)重要的氣候要素，也是一個(gè)關(guān)鍵的水文要素。大氣降水化學(xué)研究可以追溯到1840s，Potter（1930）“pH”值最早被采用來表示雨水、飲用水和工業(yè)用水的測定結(jié)果，1972年，聯(lián)合國斯德哥爾摩人類環(huán)境大會的召開標(biāo)志著控制酸沉降的國際合作的開始（李文華等,1984）。隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，東亞成為世界上第三大酸雨區(qū)（Hou et al.,1999），硫化物和氮氧化物等隨著化石燃料的使用不斷排進(jìn)大氣中，這導(dǎo)致了酸雨問題在東亞地區(qū)的擴(kuò)張，并引起日本、中國的重視（Migliavacca et al.,2004）。1993年，日本發(fā)起并建立了東亞酸沉降監(jiān)測網(wǎng)，標(biāo)志著亞洲地區(qū)降水化學(xué)區(qū)域性合作研究的開始，我國于1999年加入該網(wǎng)的監(jiān)測工作，通過努力為亞洲地區(qū)的酸雨問題解決提供可靠的數(shù)據(jù)保證（葉小峰等,2005）。

1　我國大氣降水研究進(jìn)展

我國對大氣降水的研究始于20世紀(jì)70年代，由于南北地區(qū)氣候差異明顯，降水中化學(xué)組分含量也存在一定空間差異性。將我國分為東北、華北、西北、華中、華南、西南、華東七大地區(qū)，謝娜和薛麗洋（2012）研究發(fā)現(xiàn)，華中地區(qū)的降水酸性最強(qiáng)，東北地區(qū)降水的酸性最弱。其中東北、華北、西北3個(gè)地區(qū)的pH通常＞5.6，屬于正常降水，對環(huán)境酸化不造成影響；華東、西南兩地的pH在5.0～5.6之間，屬于輕度酸性，對環(huán)境酸化影響不大；華中、華南兩地的pH在4.5～5.0之間，屬于酸性降水，對環(huán)境酸化有明顯影響。降水的酸度和離子濃度取決于大氣污染物的源強(qiáng)、云水系統(tǒng)中的物理作用、成云和云下洗脫過程中的化學(xué)轉(zhuǎn)換過程，同一地區(qū)，不同季節(jié)、不同降水量以及不同的水汽來源，對降水中的化學(xué)組成及含量都存在較大的影響（張苗云等,2007）。同時(shí)在我國，由于西北、東北和華北3個(gè)地區(qū)的pH值通常＞5.6，因此其離子組分中NH4+濃度普遍高于華南、華東及西南地區(qū)，降水中高濃度的NH4+主要是由排放到大氣中的NH3轉(zhuǎn)化而來的，20世紀(jì)90年代北方地區(qū)大興土木，使用了大量的混凝土外加劑，其中的含氨氮成分在墻體中隨著溫度、濕度等環(huán)境因素的變化而還原成氨氣從墻體中緩慢釋放于外界環(huán)境中，是導(dǎo)致北方地區(qū)NH4+含量較高的原因之一。王文興等（1997）研究發(fā)現(xiàn)，中國的酸雨區(qū)主要集中在東南部地區(qū)，包括浙江、福建、湖南、湖北、四川東部和貴州，其降水中H+濃度最高，達(dá)到3.16μeq/L～100μeq/L(pH為4.5～4.0)，且貴州和四川某些地區(qū)降水中的SO42-濃度也較高。而中東部地區(qū)降水中SO42-和NO3-高濃度偏高。降水中NH4+濃度在中東部地區(qū)最高，與禽畜、氮肥應(yīng)用和人口地理分布的密度一致，而Ca2+的濃度在中國北部和西北部地區(qū)偏高，與土壤中鈣含量分布一致。總體上看中國降水中的離子總濃度較高，相當(dāng)于北美洲和歐洲的3～5倍，這也反映出中國的大氣污染較嚴(yán)重。同時(shí)降水中的化學(xué)組成成分也具有明顯的季節(jié)性特征，通常表現(xiàn)為冬春季節(jié)高、夏秋季節(jié)低。分析發(fā)現(xiàn)，冬春季節(jié)降水酸度主要受到降水量和Ca2+的中和作用影響，而夏秋季節(jié)除了受降水量的影響外，還受Ca2+和NH4+的共同作用影響。梅自良等（2005）對成都市區(qū)降水研究還表明，降水中氯離子、氨離子、氟離子和鈣離子對降水酸度的影響比較顯著，這一結(jié)果在其他很多研究中也同樣得出。

2　大氣降水對大氣中污染物的去除作用

大氣污染物去除的一個(gè)重要途徑是降水的沖刷，降水中化學(xué)離子組分的改變可以反映大氣污染的變化，一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)大氣顆粒物在降水的形成和沉降過程中起著非常重要的作用，并且影響著降水的性質(zhì)。沈志來等（1993）研究發(fā)現(xiàn)，不同降水量下降水中離子的去除具有不同的方式，當(dāng)降雨量小時(shí)，其化學(xué)成分的去除主要靠對大氣顆粒物（TSP）的沖刷，此時(shí)大氣降水主要反映了TSP中水溶性離子的特征，當(dāng)降雨量大時(shí)，大氣中的污染物主要是通過云內(nèi)去除，降水主要反映了云水的特征。國外的研究還表明，云下沖刷顆粒物對降水酸度的貢獻(xiàn)相對較小，其酸度主要形成于云水或來源于酸性氣體的沖刷，（Plerson et al.,1987）,而我國大氣污染不同于國外的一個(gè)很突出的特點(diǎn)就是降水對大氣顆粒物的質(zhì)量濃度、離子和元素組分有顯著的清除作用，不同地區(qū)大氣顆粒物的化學(xué)組成、濃度和粒徑有所不同，對酸雨的貢獻(xiàn)也不同（霍銘群等,2009）。林武等（2012）對攀枝花市的酸雨研究發(fā)現(xiàn)，降水的酸度與大氣中的顆粒物、降塵、硫酸鹽物質(zhì)有著密切的關(guān)聯(lián)，粉塵以及SO2等硫氧化物對降水酸度的影響很大。

Deboudt（2004）指出，人類活動(dòng)將大量污染物質(zhì)帶入到大氣環(huán)境中，吸附在大氣顆粒物上的重金屬以及氣體環(huán)境污染物通過大氣運(yùn)動(dòng)在全球范圍內(nèi)傳輸并最終通過干、濕兩種沉降方式輸入到地表環(huán)境中，對生態(tài)系統(tǒng)中的化學(xué)循環(huán)造成持久性的負(fù)面影響。同時(shí)，堿性物質(zhì)對降水具有緩沖作用，可以降低雨水的酸度，而大氣顆粒物中的粉塵通常以堿性物質(zhì)為主，因此通過降水對顆粒物的沖刷，粉塵等堿性物質(zhì)和SO2等酸性物質(zhì)對降水酸度各有貢獻(xiàn)，也可以解釋降水的pH值下降，并不一定是因?yàn)樗嵝晕镔|(zhì)增多而造成的，也有可能是由于堿性物質(zhì)減少，中和作用減弱而引起。而大氣濕沉降是溶解性重金屬全球傳輸?shù)闹匾緩?，對大氣降水中重金屬元素組成的研究可以發(fā)現(xiàn)其與大氣污染之間的聯(lián)系，進(jìn)而對大氣污染采取有針對性的減少和控制。

3　結(jié)語

隨著對大氣降水研究的深入，其表征指標(biāo)已逐步由降水酸度和酸雨頻率發(fā)展為降水酸度、酸雨頻率、降水化學(xué)組成、酸沉降量等多重指標(biāo)。近幾十年來，國外對各地降水的化學(xué)成分、變化特征、污染物來源等問題已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究，監(jiān)測方法和技術(shù)相對較為成熟，各國也積累了豐富的降水監(jiān)測資料，為今后大氣降水和大氣污染的研究奠定了基礎(chǔ)。

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趙曉韻（1988—），女，河北石家莊人，碩士，貴陽市環(huán)境信息中心，助理工程師，研究方向：環(huán)境污染控制工程。