南京市大氣降水對空氣質量影響研究

楊 雪張 群

（1.江蘇省環境監測中心，江蘇 南京210036；2.南京市環境監測中心站，江蘇 南京210036）

大氣中的顆粒物自然清除有三種方式，雨除和降水沖刷的方式是其中之一。大氣降水對空氣中的污染物存在一定的凈化作用，不同降水級別對空氣質量的影響存在一定差異。研究南京市大氣降水對其空氣質量的影響，可為空氣污染防治提供決策依據，另外，能更了解不同天氣形勢下空氣質量特征，為以后空氣質量預報工作奠定基礎[1]。

1 采樣與分析

1.1 降水樣品采集與分析

降水樣品的采集與處理方法遵循《酸沉降監測技術規范》（HJ/T165-2004）。

1.2 降水級別的規定

根據單次降水過程降水量的大小，將降水劃分為4個等級，分別是暴雨（50～100mm），大雨（25～50mm），中雨（10～25mm），小雨（0.1～10mm）。

1.3 空氣中各項污染物監測方法均遵循國家標準，美國API公司的SO2和NOX分析儀監測SO2和NO2，SO2為紫外熒光法，NOX為化學發光法；使用METONE BAM 1020顆粒物在線監測儀監測PM2.5，方法為β射線法[2]；使用氣溶膠在線離子分析儀Marga對空氣中PM2.5顆粒物中的水溶性離子成分進行監測與分析。

2 數據來源

降水資料來源于南京市2013年城區五個降水監測點位逢雨測得的數據；污染物資料來源于城區九個國控點全年自動監測數據；PM2.5離子組分資料來源于省環境監測多參數站Marga設備監測數據。

3 降水對空氣質量影響

3.1 降水對空氣的凈化作用

3.1.1 降水日與非降水日空氣主要污染物濃度對比

統計南京市降雨日和非降雨日的同時段中SO2、NO2、PM2.5和PM10的平均濃度，非降雨日四項污染物平均水平分別為40、58、83和149μg/m3，降雨日四項污染物平均水平分別為24、47、59和98μg/m3，非降雨日空氣中污染物的平均濃度均比降雨日的要高，其中降水對SO2的影響最大，降雨日比非降雨日下降40.0%，對PM2.5和PM10的影響均在30.0%左右，對NO2的影響最小，為19.0%。

3.1.2 不同級別降水對空氣污染物的沖刷

取重污染天氣和平時正常天氣的污染物監測樣本，結合降水時間段，分析雨前和雨后空氣中主要污染物的濃度變化。

南京市重污染日降水前SO2濃度介于40～90μg/m3，正常日降水前SO2濃度為20～40μg/m3，不論降水量大小，降水對SO2的沖刷效率基本在40%以上，小雨時沖刷效率略小。重污染日降水對SO2的平均沖刷效率略低于正常日。

重污染日降水前NO2濃度介于81～135μg/m3，正常日降水前NO2濃度為28～55μg/m3，不論降水量大小，降水對空氣中NO2的沖刷效率約在20%～60%。

重污染日降水前PM2.5平均濃度約為160μg/m3以上，PM10平均濃度約為260μg/m3，降水量大于10毫米時，對PM2.5和PM10的沖刷效率平均在50%以上，沖刷作用明顯，當降水量小于5毫米時，顆粒物可能會有吸濕增長，沖刷作用不明顯；正常日降水前PM2.5平均濃度約為60μg/m3，PM10平均濃度約為100μg/m3，同樣當降水量在大于10毫米時，對顆粒物的沖刷效率較為明顯，且比重污染時更明顯，沖刷效率平均在60%以上，當降水量小于5毫米時，顆粒物可能會有吸濕增長，沖刷作用不明顯。

表2 正常天氣南京市降水前后空氣污染物濃度對比

綜合上述分析，同時查看降水前后污染物濃度對比表，可總結得出：（1）無論是重污染日還是正常日，降水對空氣中的污染物有不同程度凈化作用；（2）當降水少于5毫米時，降水對空氣中的顆粒物凈化作用不大，甚至可能導致顆粒物的吸濕增長，反而使顆粒物濃度升高；（3）當雨量中等時，降水對PM2.5的凈化率一般小于對PM10的凈化率；當暴雨時，降水對PM2.5和PM10的凈化率均在70%以上；（4）重污染天氣時，降水對空氣中的NO2的凈化作用不明顯，一場降水過后，NO2濃度仍然偏高（表1、表2）[3]。

3.2 降水前后PM2.5中水溶性離子變化

為了研究南京市降水前后大氣中PM2.5的水溶性離子的變化情況，故取同一測點四個季節的降水樣本、PM2.5水溶性離子監測結果進行處理和研究，得出細顆粒PM2.5的水溶性離子成分主要是SO42-＞NO3-＞NH4+＞Cl-＞Ca2+＞K+＞Na+＞Mg2+。降水中的離子組分除F-外，主要是SO42-＞NO3-＞Ca2+＞NH4+＞Cl-＞K+＞Na+＞Mg2+。由于Ca2+主要是存在粗顆粒中，故在PM2.5中的比重略小，但Ca2+仍然是PM2.5中的主要陽離子之一，南京市PM2.5的主要水溶性離子和降水中的離子成分基本一致（圖1、圖2）。

圖1 PM2.5中水溶性離子分布

圖2 降水中離子濃度分布

降水對PM2.5中的水溶性離子有一定的削減作用，其中對SO42-、NO3-、NH4+、Cl-和K+的削減效率尤為明顯，其削減比例均在30%～50%之間。從四季樣本雨前、雨后水溶性離子濃度變化情況來看，春夏季雨水對PM2.5中的離子沖刷作用沒有秋冬季明顯，甚至有SO42-、NH4+、NO3-雨后濃度還高于雨前的情況，這與春夏季空氣中的氣態污染物的濃度水平本來就很低，且分布很均勻有關。而2013年的秋冬季，受我國中東部霧霾天氣和秸稈焚燒共同影響，南京市頻發空氣重污染天氣，空氣中PM2.5的濃度偏高，一場降雨后，不論是PM2.5還是其中的水溶性離子濃度都極速下降（圖1）[4]。

圖3 降水前后PM2.5中水溶性離子濃度變化

［1］耿麗梅，王喜紅，王劍平，等.大氣降水對環境空氣凈化之研究[J].洛陽工業高等專科學校學報，2004，14（1）：51-53.

［2］GB3095-2012環境空氣質量標準[S].

［3］韓燕，徐虹，畢曉輝，等.降水對顆粒物的沖刷作用及其對雨水化學的影響[J].中國環境科學，2013，33（2）：193-200.

［4］霍銘群，孫倩，謝鵬，等.大氣顆粒物和降水化學特征的相互關系[J].環境科學，2009,30（11）：3160-3165.