渤海湾大气金属元素沉降和来源解析研究

干湿沉降是污染物从大气进入到地表生态环境的主要途径.渤海湾临近大气污染严重的京津冀地区,同时受航运交通排放影响,但渤海湾大气金属元素沉降量及其来源并不十分清楚.本研究于2016年11月—2017年10月在渤海西岸采集了大气沉降样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对样品中25种金属元素的含量进行了测定分析,估算了大气金属沉降量并进行了源解析.结果表明:沉降样品中25种元素的浓度变化范围为2458.8μg·L~(-1)(Ca)～9.9 ng·L~(-1)(Th),年沉降量变化为1229.9 mg·m~(-2)·a~(-1)(Ca)～5.0μg·m~(-2)·a~(-1)(Th).受降水量季节分布的影响,多数金属元素的沉降量在夏季最高,春秋季较低.除Be、Fe、Ni、Cr、Al、Th和U等元素外,其余18种元素都有不同程度的富集,特别是Cd、Ag、Se和Sb等元素已高度富集.燃煤(12.8%)、扬尘(25.9%)、工业(33.1%)和航运(28.2%)是渤海湾沉降样品中金属元素的主要来源,尤其是航运排放对海湾大气Sb、Cd和Mo沉降具有显著贡献.研究结果可为京津冀区域海陆协同发展和环境质量改善提供科学参考.     

珠江三角洲地区冬季硫、氮干沉降的来源解析

采用WRF-CMAQ模式对珠江三角洲地区2015年1月进行数值模拟,结合CMAQ的集成源解析方法ISAM对S、N及其干沉降的来源贡献进行分析.结果表明：珠江三角洲地区S、N干沉降量高值主要分布在广佛交界处以及珠江口附近,其逐日变化趋势主要受质量浓度变化影响,但在部分时间段受干沉降速率的影响亦相当显著.珠江三角洲区域内排放源对于S干沉降的平均贡献占比为36.2%,与其质量浓度区域内贡献占比相当,SO₂干沉降速率增加以及背景风场变弱会使区域内贡献占比增加;区域内源对于N干沉降的平均贡献占比为32.4%,远小于其质量浓度区域内贡献占比,当NO₂质量浓度减少,使得HNO₃的质量浓度和干沉降量减少时,区域内贡献占比增加.对于珠江三角洲典型城市,广州S干沉降的本地贡献为27.7%,N为14.2%;江门S干沉降的本地贡献为9.6%,N为8.8%.2个城市对比而言,广州受本地的影响较江门显著,江门受其上风方向广州和佛山两市输送的影响显著,但当背景风场减弱时,江门本地贡献会有明显增加.     

珠江三角洲地区冬季硫、氮干沉降的来源解析

采用WRF-CMAQ模式对珠江三角洲地区2015年1月进行数值模拟,结合CMAQ的集成源解析方法ISAM对S、N及其干沉降的来源贡献进行分析.结果表明：珠江三角洲地区S、N干沉降量高值主要分布在广佛交界处以及珠江口附近,其逐日变化趋势主要受质量浓度变化影响,但在部分时间段受干沉降速率的影响亦相当显著.珠江三角洲区域内排放源对于S干沉降的平均贡献占比为36.2%,与其质量浓度区域内贡献占比相当,SO₂干沉降速率增加以及背景风场变弱会使区域内贡献占比增加;区域内源对于N干沉降的平均贡献占比为32.4%,远小于其质量浓度区域内贡献占比,当NO₂质量浓度减少,使得HNO₃的质量浓度和干沉降量减少时,区域内贡献占比增加.对于珠江三角洲典型城市,广州S干沉降的本地贡献为27.7%,N为14.2%;江门S干沉降的本地贡献为9.6%,N为8.8%.2个城市对比而言,广州受本地的影响较江门显著,江门受其上风方向广州和佛山两市输送的影响显著,但当背景风场减弱时,江门本地贡献会有明显增加.     

兰州河谷盆地大气多环芳烃干沉降通量及来源

利用大气被动干沉降采样技术对兰州河谷盆地13个采样点的15种USEPA优控PAHs的大气干沉降进行了观测研究,并对其污染特征及来源进行了解析.结果表明15种PAHs的年大气干沉降通量范围为7.48~53.94μg·(m~2·d)~(-1),均值为18.65μg·(m~2·d)~(-1);采暖期和非采暖期干沉降通量均在交通最为密集的采样点东岗桥最高,分别为60.85和47.03μg·(m~2·d)~(-1),植被较好的城区黄河边白塔山最低,分别为8.16和6.80μg·(m~2·d)~(-1),背景点官滩沟明显低于其他各采样点,为6.73μg·(m~2·d)~(-1)和4.92μg·(m~2·d)~(-1);PAHs干沉降的族谱特征为:两季节均以3、4环的Phe、Flua、Flu和Pyr为主要污染物,所占比例分别为采暖期87.53%、非采暖期82.73%,而非采暖期5、6环所占比例高于采暖期,推断可能由于较轻组分PAHs由于气温较高易挥发所致;利用主成分分析法进行源解析,结果表明:PAHs大气干沉降主要来自汽车尾气和燃煤炼焦,除交通采样点(东岗桥)外,采暖期燃煤、炼焦为主要贡献源,非采暖期以汽车尾气排放贡献为主.此外,本研究还运用干沉降模型,利用气象数据对城区(城关区环境保护局,JCZ)、工业区(西固区兰苑宾馆,LLH)和七里河区交通干道(职工医院,ZGH)采样点位的大气PAHs干沉降速率进行了模拟计算,3个采样点年均沉降速率分别为0.20、0.15和0.17 cm·s~(-1),相对较小,该沉降速率由该处的风速、气温和下垫面性质等综合气象条件决定.模拟计算与观测的3、4环组分干沉降通量值处于同一数量级,模拟通量值略大于观测值,4环PAHs吻合较好,而3环组分在观测过程中有部分挥发损失.     

区域大气颗粒物干沉降采集及金属元素分析方法

以颗粒物为载体,从大气向水体、土壤和植被沉降的金属元素污染日趋严重.为了解其在京津冀区域的污染程度和沉降规律,利用聚氨酯泡沫膜片(PUF膜)为代用面,在区域内布设10个站点同步采集大气颗粒物干沉降.选择HNO3-H2O2-HF为消解酸体系,建立了微波消解-电感耦合/等离子体质谱(MAD-ICP/MS)测定其中20余种金属元素的方法,并通过分析2种国家标准物质的条件实验确定了优化的分析方案.结果表明,2007~2008年冬季京津冀地区大气颗粒物干沉降通量变化为85~912 mg.(m2.d)-1,其中河北保定地区金属元素沉降通量最高,兴隆最低;北京、天津和唐山市区明显高于郊区站点.地壳元素(A、lFe、Mn、K、Na、Ca、Mg)干沉降通量变化为151~16 034μg.(m2.d)-1,明显高于人为源元素(Cu、Pb、Cr、N i、V、Zn、Ba)1~3个数量级[14~243μg.(m2.d)-1];Zn和Ca分别是区域内干沉降通量最高的重金属和地壳元素,Mo、Co、Cd、As、Be沉降量较少;Pb和Zn出现明显富集.     

珠江三角洲秋季臭氧干沉降特征的数值模拟

利用区域化学传输模式WRF-Chem对2014年10月珠江三角洲臭氧干沉降特征进行模拟,结果表明：臭氧干沉降通量呈现明显的时空分布差异,日间平均沉降通量[0.68μg/（m²·s）]明显大于夜间[0.21μg/（m²·s）];同时,珠江三角洲城区的臭氧沉降通量及日较差均比周边植被覆盖区小.受NO_x和VOCs等前体物以及各气象要素场的综合影响,臭氧浓度日变化具有明显的单峰型分布特征,在14：00~15：00达到峰值,秋季臭氧浓度高值区位于珠江三角洲主要排放源下风向区域的广佛交界、江门及中山东部等地区;臭氧的干沉降速率也具有明显的时空变化特征：从07：00~08：00的0.27cm/s开始迅速增大,10：00~16：00基本保持在0.60cm/s左右,17：00开始平缓减小至午夜的0.21cm/s左右;干沉降速率的变化主要受空气动力学阻抗R_a、粘性副层阻抗R_b以及表面阻抗R_c影响,研究表明夜间的干沉降速率主要受R_a影响,而日间R_c起主要作用.这3种阻抗分别受大气稳定度、摩擦速度和下垫面土地利用类型影响,在珠江三角洲区域亦表现出明显的时空变化特征.     

南京夏秋季节大气干沉降水溶性离子特征及来源分析

本研究利用采集的2014年7~10月南京地区84个有效干沉降样品,探讨了南京夏秋季节大气干沉降中水溶性离子的化学组成及其来源.结果表明南京夏秋季干沉降样品平均p H为6.2,干沉降偏中性.Ca~(2+)和NH~+_4是主要的阳离子,日均浓度分别为115.7μeq·L~(-1)和31.2μeq·L~(-1),分别占阳离子总量的68.3%和18.6%.阴离子以SO~(2-)_4、Cl~-和NO~(2-)_3为主,日均浓度为30.4、20.7和18.7μeq·L~(-1),共占总阴离子的89.2%.干沉降浓度变化受温度湿度等气象条件和污染气团输送共同作用的影响,其中本地气团对干沉降污染的影响较大,干沉降污染具有局地性.南京夏秋季节固定源(燃煤)对大气干沉降水溶性离子的贡献大于移动排放源(机动车),8月因举办青奥会而采取的环境管控措施对固定源的影响大于移动源.主要离子来源分析表明NO~-_3和SO~(2-)_4大部分源自于人为排放,Cl~-主要为海洋输入,K~+和Mg~(2+)主要来自陆相输入.     

大气气溶胶干沉降研究进展

从干沉降速度定义出发,综述了过去几十年来国内外在气溶胶干沉降实验技术和理论方面的主要进展.气溶胶粒子从大气向地表沉降的过程决定于颗粒物的粒径、密度和空气粘性系数,同时受空气动力学阻力、粘滞层阻力和表面收集阻力的影响,这些阻力分别与大气层温度、风速、相对湿度等微气象条件密切相关.获取干沉降速度的方法主要有示踪法、梯度法和涡流相关法等.风速的三维瞬时量、动能、摩擦速度、温度和涡旋扩散系数可由超声风速温度仪测定.由于气溶胶具有很宽的粒径谱分布,通常使用几台仪器（如串联式多级采样器、空气动力学粒径谱分布仪和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪）进行联合测量.干沉降参数化方案中,基于斯托克斯定律的物理模型着重于平衡重力、浮力和阻力的作用,半经验方案则进一步考虑了大气湍流、分子运动以及表面捕获机制包括布朗扩散、碰撞、截留、反弹、热泳和扩散泳.然而,参数化方案预测结果在某些粒径段与外场测量数据仍存在显著差异.结合目前干沉降研究存在的问题,对今后气溶胶干沉降的研究方向和技术方法进行了展望.     

北京城区大气金属元素干湿沉降特征

为研究北京市大气中金属元素的干湿沉降特征,评估不同观测方法的差异性,于2014年5月至2015年4月在北京城区同步采集了混合沉降和湿沉降样品.利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了样品中19种金属(Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Sb、Tl、Th和U)的浓度.结果表明,混合沉降样品中各金属浓度[7 160.68μg·L~(-1)(Ca)～0.02μg·L~(-1)(Th)]普遍高于湿沉降样品[4 237.74μg·L~(-1)(Ca)～0.01μg·L~(-1)(Th)].两种样品中相同金属的富集因子差异较小,其中Cu、As、Tl、Zn、Cd、Se和Sb的富集因子均大于100,表明这些重金属主要来自人为污染源.气团轨迹分析表明,北京城区降水过程主要受偏南气团的影响,其中来自西南气团的降水样品中Ca、Mg、Fe、Al、Cu、Mo、U和Th等金属浓度较高,而来自南部的气团K、Zn、Mn、Sb、Cd和Tl等金属浓度较高.观测期间大气中金属元素的混合沉降通量变化于3 591.35 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01 mg·(m~2·a)~(-1)(Th),湿沉降通量变化于1 847.78 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01mg·(m~2·a)~(-1)(Th).混合沉降与湿沉降差减得到19种金属的干沉降通量变化于1 743.57 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01mg·(m~2·a)~(-1)(Th).大气颗粒物的粒径大小对金属的干湿沉降过程具有重要影响.     

衡山冻雨金属元素污染特征和来源解析

冻雨是冬春季节常见的灾害性天气,在我国主要分布在南方山区。冻雨在到达地表前以过冷水形式存在,是一种特殊的降水类型,其化学特性鲜见报道。2015年12月—2016年3月在南岳衡山气象站(海拔1265.9 m)收集了38个冻雨样品,使用电感耦合等离子体质谱分析了其中25种金属元素的浓度,并运用正定矩阵因子法受体模型解析了其来源。结果表明：冻雨中25种金属元素的浓度变化范围达7个数量级(2×10^-4—4×10³μg·L^-1),且大部分元素的浓度随着冻雨温度和pH的降低而增加。26%的冻雨样本受东北气团的影响,地壳元素浓度较高;而来自西南气团的冻雨样本占38%,重金属污染较重;南部气团(36%)携带的元素浓度相对较低。与国内外其他高山站点观测结果相比,衡山冻雨中金属元素的浓度水平整体上高于雨水但低于云水。通过富集因子分析发现,冻雨中Sb、Se、Cd、As、Zn和Pb等重金属明显受到人为源的影响,呈严重富集特征。源解析结果表明燃煤对冻雨化学成分的贡献最大(占31%),二次源、扬尘、工业排放和生物质燃烧的贡献分别为30%、18%、1...     

珠江三角洲农业土壤重金属含量特征研究

调查研究了珠江三角洲农业土壤中重金属的分布规律,在研究区域采集了212个表层土壤样品,分析了其中8种重金属元素(Cu,Pb,Zn,Cr,Ni,Cd,As和Hg)的全量与有效态含量.结果表明:在珠江三角洲农业土壤中,8种重金属元素的含量均有超标现象,其中以Zn,Cd和Hg的超标率较高;在所有重金属元素中,Cd的有效态占全量的比率最高,平均为45.58%;而Hg所占的比率最低,平均仅为0.41%.重金属的有效态含量与全量存在正相关关系.交通、污水灌溉、工业污染、垃圾和城市污泥是造成珠江三角洲土壤重金属污染的主要原因.      

珠江及南海北部海域表层沉积物中多环芳烃分布及来源

珠江三角洲河流、河口及南海北部近海区域多环芳烃(PAHs)分析表明,PAHs总量分布范围在255.9～16670.3ng/g,整体污染水平处于中偏低下水平.分布特征为珠三角河流>伶仃洋>南海;珠江广州段是高污染区;沿南海近海海域4条剖面,随离岸距离增加,浓度下降.西江、伶仃洋及珠江部分站点石油污染比重大,南海近海则受燃烧来源比重大.PAHs来源诊断指标表明,珠江三角河流及伶仃洋更多受石化燃料燃烧的影响,南海近海区则主要受木柴、煤燃烧的影响.与1997年样品的对比表明,多环芳烃污染程度无明显下降,但区域内PAHs来源从以煤燃烧为主转变为以油燃烧为主,这种近期能源结构的转变在沉积速率较快的珠三角河流及伶仃洋表层沉积物中得到反映.     

珠江入海河口经济鱼类重金属含量分析

1999年5－6月和10－11月对珠江三角洲虎门、蕉门、磨刀门3大入海河口的经济鱼类肌肉中重金属残留水平进行了调查分析，结果表明在采集的24个种类鱼样中，Zn、Pb、As3种重金属含量分别为5.789mg/kg、0.987mg/kg、0.207mg/kg，超标率分别为45％、50％、44％。在3大入海口采集的鱼样中，肌肉内重金属含量经方差分析表明，各地点无显著差异，与80年代河口鱼类肌肉重金属含量相比，Zn、Pb、Cr含量有显著差异。     

珠江三角洲地区主要树种叶片多环芳烃含量特征及影响因素分析

应用气相色谱-质谱联用方法测定了珠江三角洲地区6种主要树种叶片多环芳烃(PAHs)的含量,并对相应的叶脂含量、叶面积、比叶面积进行了测定,探讨了叶片PAHs含量特征和种间差异的影响因素.结果显示,松针PAHs含量显著高于阔叶,马尾松松针含量最高(1 034.7 ng·g-1),荷木含量最低(199.7 ng·g-1).在所有样品中,芴、菲、荧蒽、芘、世面(艹屈)为主要的PAHs组分,3、4环PAHs含量占∑PAHs的80%以上,各环化合物与∑PAHs在不同显著性水平上呈显著正相关关系.按脂含量计算PAHs含量能大大缩小种间含量的差异,高、低值相差约2倍(分别为6.8 ng·mg-1和2.7 ng·mg-1);按单位叶面积计算的PAHs含量进一步扩大了种间差异,最高值(15.3 ng·cm-2)约最低值(1.9 ng·cm-2)的8倍.进一步分析表明,ΣPAHs、3环PAHs、4环PAHs与脂含量呈良好线性正相关关系、与比叶面积表现出一定的线性负相关关系,显示两者是影响叶片PAHs含量种间差异的重要因素.     

珠江三角洲秋季典型气溶胶污染的过程分析

为了解大气中各物理和化学过程对气溶胶浓度的贡献情况,利用Models-3/CMAQ模式系统对珠江三角洲(以下简称珠三角)秋季典型气溶胶污染进行研究.模拟时间是2012年10月,期间珠三角主要受高压系统的控制,在17日冷锋过境前后高压天气形势发生转变,风向从东北风转为偏东风.结果表明,珠三角秋季PM2.5浓度呈现西高东低的水平分布特征,随着高度的上升浓度高值中心也向西南方向偏移;受大气边界层高度的影响,陆地上PM2.5输送高度呈现白天高夜晚低的变化特征;过程分析结果表明源排放,水平输送和垂直输送是影响近地面PM2.5浓度变化的主要过程;本地污染物排放是城市中心(广州站)PM2.5浓度升高的主要原因,而在下风向位置(江门站)外来污染物的水平输送过程是PM2.5的最主要来源.     

珠江三角洲灰霾污染物特征分析及对策

应用SPSS对2008年3月珠江三角洲出现大范围灰霾天气时的主要污染物作因子分析,以非灰霾时作为对照,揭示珠江三角洲灰霾污染物特征.结果表明,SO2和PM10在珠江三角洲地区拥有共同的污染源,灰霾时SO2跟PM10呈正相关.而NO2和O3则为负相关,NO2对大气中O3的含量有着一定的贡献.灰霾期间污染物的积累存在相互影...     

Wet and dry deposition fluxes of heavy metals in Pearl River Delta Region (China): Characteristics, ecological risk assessment, and source apportionment

The atmospheric deposition of heavy metals poses serious risks to the ecological system and human health. To advance our knowledge of atmospheric dry/wet heavy metal deposition in the PRD region, monthly fluxes were examined based on soluble/insoluble fractions of five heavy metal elements(Cu, Pb, Cd, Cr and Zn) in samples collected from January 2014 to December 2015 at Guangzhou(urban) and Dinghushan(suburban) sites. The ratios of wet/dry deposition fluxes indicated that heavy metal deposition was governed by wet deposition rather than dry deposition in the PRD region. Affected by the shifting of the Asian monsoon, wet deposition fluxes exhibited significant seasonal variation between summer monsoon seasons(April to September) and winter monsoon seasons(October to February) in this region. Cd was classified as an extremely strong potential ecological risk based on solubility and the Hakanson ecological risk index. Source contributions to wet deposition were calculated by PMF, suggesting that dust, biomass burning, industries,vehicles, long-range transport and marine aerosol sources in Guangzhou, and Zn fertilizers,marine aerosol sources, agriculture, incense burning, biomass burning, vehicles and the ceramics industry in Dinghushan, were the potential sources of heavy metals.