瓦里關(guān)地區(qū)冬春季大氣顆粒態(tài)汞的分布特征

李寶鑫++王寧章++東元禎++李明

摘 要：在連續(xù)觀測(cè)并得到了瓦里關(guān)本底站2009年12月28日到2010年5月11日的大氣顆粒態(tài)汞（PBM）的濃度值的基礎(chǔ)上，結(jié)合此時(shí)間段內(nèi)瓦里關(guān)站的風(fēng)速風(fēng)向資料及部分黑碳觀測(cè)資料，研究了瓦里關(guān)站冬春季大氣顆粒態(tài)汞的分布特征。結(jié)果表明觀測(cè)期間瓦里關(guān)地區(qū)大氣顆粒態(tài)汞的平均濃度為29.3pg/m3，最高濃度值為191.33pg/m3，最低濃度1.01pg/m3，標(biāo)準(zhǔn)偏差為37.47pg/m3，分析表明大氣顆粒態(tài)汞濃度值受風(fēng)向影響較大，且與黑碳濃度值有較好的相關(guān)性，觀測(cè)期內(nèi)大氣顆粒態(tài)汞的潛在污染源主要來(lái)自于西北地區(qū)新疆至哈薩克斯坦一線。

關(guān)鍵詞：瓦里關(guān) 大氣顆粒態(tài)汞 風(fēng) 黑碳

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（c）-0129-03

汞（mercury，Hg）在常溫下是銀白色液態(tài)金屬，有毒易揮發(fā)，是惟一一種主要以氣相形式存在于大氣的重金屬元素，具有持久性、易遷移性、高度生物累積性和生物放大性的特點(diǎn)[1]。大氣中汞主要有氣態(tài)汞和顆粒態(tài)汞（吸附于大氣氣溶膠的汞）兩種存在形態(tài)，其中氣態(tài)汞占90%以上，顆粒態(tài)汞占5%左右[2]，氣態(tài)汞可附著在顆粒物中形成顆粒態(tài)汞[3]。大氣顆粒物是汞吸附和轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所，也是大氣濕沉降的主要形態(tài)，對(duì)汞在陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的沉降起著重要作用[2]。由于近幾年來(lái)我國(guó)的空氣污染問(wèn)題較為嚴(yán)峻，越來(lái)越多的城市和地區(qū)受到霧霾的影響，而汞附著在細(xì)顆粒物上形成大氣顆粒態(tài)汞（PBM），極易被人體吸收，對(duì)人體造成損害，美國(guó)環(huán)保署（USEPA）和世界衛(wèi)生組織（WHO）均將汞列為具有持久性、生物蓄積性及毒性極高的全球性污染物[4]。故越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始關(guān)注大氣汞方面的觀測(cè)和研究。

中國(guó)大氣本底基準(zhǔn)觀象臺(tái)位于青海省海南州境內(nèi)的瓦里關(guān)山頂上（海拔3816m，東經(jīng)100°55′，北緯36°17′，以下簡(jiǎn)稱瓦里關(guān)站），是全球惟一一個(gè)處于亞歐大陸內(nèi)陸腹地的全球大氣本底站。瓦里關(guān)山呈西北-東南走向，與山底相對(duì)高差600m左右，周圍地區(qū)自然環(huán)境以高原草甸及沙洲居多，具有明顯的高原大陸性氣候。瓦里關(guān)站點(diǎn)具有高海拔、大地形的特點(diǎn)，在此得到的空氣樣品能夠在很大程度上代表歐亞大陸對(duì)流層大氣成分的平均狀況，并且全區(qū)以牧業(yè)為主，人煙稀少，方圓50km無(wú)工業(yè)污染源，故研究瓦里關(guān)顆粒態(tài)汞的分布特征對(duì)研究歐亞大陸內(nèi)陸地區(qū)大氣顆粒態(tài)汞的狀況能起到重要的參考作用。

1 采樣方法及時(shí)間

在瓦里關(guān)站主基地東側(cè)，修建了一間20m2的簡(jiǎn)易房，使用Tekran汞分析儀器公司開(kāi)發(fā)的Tekran-2537B型測(cè)汞儀，使用儀器內(nèi)置泵進(jìn)行室外空氣的連續(xù)采樣，每5min產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，儀器檢出限為0.1ng/m3。采樣期為2009年12月28日至2010年5月11日。在最后獲取的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)值班記錄剔除了異常數(shù)據(jù)及附近有較大人為污染情況下的數(shù)據(jù)，并計(jì)算了2h平均濃度值進(jìn)行分析研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 冬春季大氣顆粒態(tài)汞的分布特征

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，采樣期內(nèi)瓦里關(guān)站的大氣顆粒態(tài)汞濃度總體呈上升趨勢(shì)，圖1為采樣期內(nèi)瓦里關(guān)站PBM月平均濃度直方圖。采樣期內(nèi)最高濃度191.33pg/m3，出現(xiàn)在2010年5月4日，最低濃度1.01pg/m3，出現(xiàn)在2010年1月13日，平均濃度29.30pg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)其他城市濃度，如深圳72pg/m3（2008年）[5]，南京104pg/m3（2012年）[2]及廈門127pg/m3（2008年）[6]，表明瓦里關(guān)地區(qū)空氣質(zhì)量相對(duì)工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)較潔凈，污染小。

圖2至圖7為采樣期內(nèi)瓦里關(guān)站每月的風(fēng)向玫瑰圖，由圖可看出2009年12月至2010年4月風(fēng)向主要由東南風(fēng)構(gòu)成，而平均濃度最高的5月風(fēng)向以西北風(fēng)為主，表明瓦里關(guān)地區(qū)可能的大氣顆粒態(tài)汞污染主要來(lái)自于西北地區(qū)，可能與西北哈薩克斯坦及新疆地區(qū)工業(yè)污染較重，且該地區(qū)冬春季燃煤取暖有關(guān)，而瓦里關(guān)站東南方向較少重工業(yè)污染等，故來(lái)自該方向的大氣顆粒態(tài)汞污染有限。

2.2 黑碳對(duì)冬春季大氣顆粒態(tài)汞分布的影響

因大氣顆粒態(tài)汞屬于汞分子吸附于大氣顆粒物上所產(chǎn)生，黑碳又屬于大氣顆粒物中較為重要的一種，故在此獲取并處理得到了2009年12月28日至2010年5月11日的黑碳濃度兩小時(shí)平均數(shù)據(jù)（期間2010年1月29日至3月31日黑碳數(shù)據(jù)缺測(cè)），以期分析二者的相關(guān)性。

圖8為采樣期瓦里關(guān)大氣顆粒態(tài)汞濃度數(shù)據(jù)與黑碳數(shù)據(jù)的散點(diǎn)分析對(duì)比圖（采用Origin8.0作圖），由該圖可以看出，采樣期內(nèi)二者濃度值均有相同的上升趨勢(shì)，很好地說(shuō)明了大氣顆粒態(tài)汞的生成機(jī)制。導(dǎo)致這種上升趨勢(shì)的原因應(yīng)該與4～5月西北風(fēng)較多有關(guān)（參照?qǐng)D2至圖7），西北風(fēng)從西北地區(qū)沙漠戈壁帶來(lái)大量顆粒物及黑碳，而西北新疆地區(qū)多重工業(yè)污染，從而促使大氣顆粒態(tài)汞濃度升高。

2.3 冬春季大氣顆粒態(tài)汞的潛在源分析

通過(guò)5月5日00點(diǎn)達(dá)到高污染濃度的數(shù)據(jù)，利用H YSPILT模式向后模擬72h分析污染氣團(tuán)來(lái)源，后向軌跡模擬（見(jiàn)圖9）可發(fā)現(xiàn)，影響瓦里關(guān)測(cè)站的氣團(tuán)于5月2日在AGL3000高度形成，其中AGL500的下降最為劇烈，成為影響的主要?dú)鈭F(tuán)。通過(guò)軌跡分析可發(fā)現(xiàn)，該污染氣團(tuán)形成于西西伯利亞及其附近區(qū)域，移動(dòng)路徑經(jīng)過(guò)我國(guó)新疆天山一帶，通過(guò)準(zhǔn)葛爾盆地到達(dá)瓦里關(guān)，是西北路徑的主要移動(dòng)方向，汞污染物可能由阿克蘇地區(qū)的局地污染帶入氣團(tuán)傳輸，也有可能由更遠(yuǎn)的西歐地區(qū)的影響造成測(cè)站濃度的顯著升高。

考慮新疆地區(qū)石化天然氣工業(yè)較為發(fā)達(dá)，冬春季節(jié)大部分居民以燃煤取暖為主，均排放大量的汞，加上風(fēng)沙作用和西風(fēng)帶傳輸，可能是導(dǎo)致瓦里關(guān)地區(qū)冬春季大氣顆粒態(tài)汞濃度上升的主要原因。該結(jié)論與2.1中分析得出的瓦里關(guān)地區(qū)大氣顆粒態(tài)汞污染主要來(lái)自于西北地區(qū)相印證。

3 結(jié)語(yǔ)

分析表明采樣期內(nèi)瓦里關(guān)站的大氣顆粒態(tài)汞濃度值總體呈上升趨勢(shì)，最高濃度191.33pg/m3，最低濃度1.01pg/m3，平均濃度29.30pg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)其他發(fā)達(dá)城市地區(qū)。大氣顆粒態(tài)汞的潛在污染源主要來(lái)自于西北方向，其濃度受風(fēng)向、工業(yè)布局的影響較大，其分布和發(fā)展與黑碳有較強(qiáng)的相關(guān)性。

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