大氣降水研究綜述

趙曉韻

（貴陽市環境信息中心貴州貴陽550003）

大氣降水研究綜述

趙曉韻

（貴陽市環境信息中心貴州貴陽550003）

大氣降水的化學組成是重要的環境因子，本文綜述了我國對大氣降水的研究進展，主要內容和結論有：我國降水中化學組分含量存在一定空間差異性，其中SO42-和NO3-高濃度區出現在中東部地區，NH4+濃度在中東部地區最高，而Ca2+的濃度在中國北部和西北部地區偏高，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；化學組成；污染

隨著社會經濟的不斷發展，大氣污染成為人們廣泛關注的環境問題之一。人類活動會產生大量污染物質，通過生物圈的循環進入大氣環境中，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水或固態水，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。大氣降水中的化學組成成分是重要的環境因子，受到自然環境和人為活動的共同影響，主要由進入水滴的顆粒物質和氣態物質共同作用而決定，根據其化學組分及其分布特征，可以了解由于經濟發展、工業化程度加劇、人口膨脹、能源消耗增加等人類活動導致環境的惡化程度。降水的化學成分決定降水的酸度，通過對其研究可以反映大氣質量的整體狀況，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，導致魚類等水生生物的死亡，腐蝕建筑物和文物古跡，造成經濟損失等。

大氣降水不僅是一個重要的氣候要素，也是一個關鍵的水文要素。大氣降水化學研究可以追溯到1840s，Potter（1930）“pH”值最早被采用來表示雨水、飲用水和工業用水的測定結果，1972年，聯合國斯德哥爾摩人類環境大會的召開標志著控制酸沉降的國際合作的開始（李文華等,1984）。隨著亞洲經濟的迅速發展，東亞成為世界上第三大酸雨區（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大氣中，這導致了酸雨問題在東亞地區的擴張，并引起日本、中國的重視（Migliavacca et al.,2004）。1993年，日本發起并建立了東亞酸沉降監測網，標志著亞洲地區降水化學區域性合作研究的開始，我國于1999年加入該網的監測工作，通過努力為亞洲地區的酸雨問題解決提供可靠的數據保證（葉小峰等,2005）。

1　我國大氣降水研究進展

我國對大氣降水的研究始于20世紀70年代，由于南北地區氣候差異明顯，降水中化學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，謝娜和薛麗洋（2012）研究發現，華中地區的降水酸性最強，東北地區降水的酸性最弱。其中東北、華北、西北3個地區的pH通常＞5.6，屬于正常降水，對環境酸化不造成影響；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、云水系統中的物理作用、成云和云下洗脫過程中的化學轉換過程，同一地區，不同季節、不同降水量以及不同的水汽來源，對降水中的化學組成及含量都存在較大的影響（張苗云等,2007）。同時在我國，由于西北、東北和華北3個地區的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，降水中高濃度的NH4+主要是由排放到大氣中的NH3轉化而來的，20世紀90年代北方地區大興土木，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、濕度等環境因素的變化而還原成氨氣從墻體中緩慢釋放于外界環境中，是導致北方地區NH4+含量較高的原因之一。王文興等（1997）研究發現，中國的酸雨區主要集中在東南部地區，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，達到3.16μeq/L～100μeq/L(pH為4.5～4.0)，且貴州和四川某些地區降水中的SO42-濃度也較高。而中東部地區降水中SO42-和NO3-高濃度偏高。降水中NH4+濃度在中東部地區最高，與禽畜、氮肥應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重。同時降水中的化學組成成分也具有明顯的季節性特征，通常表現為冬春季節高、夏秋季節低。分析發現，冬春季節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重要途徑是降水的沖刷，降水中化學離子組分的改變可以反映大氣污染的變化，一些學者研究發現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。沈志來等（1993）研究發現，不同降水量下降水中離子的去除具有不同的方式，當降雨量小時，其化學成分的去除主要靠對大氣顆粒物（TSP）的沖刷，此時大氣降水主要反映了TSP中水溶性離子的特征，當降雨量大時，大氣中的污染物主要是通過云內去除，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很突出的特點就是降水對大氣顆粒物的質量濃度、離子和元素組分有顯著的清除作用，不同地區大氣顆粒物的化學組成、濃度和粒徑有所不同，對酸雨的貢獻也不同（霍銘群等,2009）。林武等（2012）對攀枝花市的酸雨研究發現，降水的酸度與大氣中的顆粒物、降塵、硫酸鹽物質有著密切的關聯，粉塵以及SO2等硫氧化物對降水酸度的影響很大。

Deboudt（2004）指出，人類活動將大量污染物質帶入到大氣環境中，吸附在大氣顆粒物上的重金屬以及氣體環境污染物通過大氣運動在全球范圍內傳輸并最終通過干、濕兩種沉降方式輸入到地表環境中，對生態系統中的化學循環造成持久性的負面影響。同時，堿性物質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為主，因此通過降水對顆粒物的沖刷，粉塵等堿性物質和SO2等酸性物質對降水酸度各有貢獻，也可以解釋降水的pH值下降，并不一定是因為酸性物質增多而造成的，也有可能是由于堿性物質減少，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的重要途徑，對大氣降水中重金屬元素組成的研究可以發現其與大氣污染之間的聯系，進而對大氣污染采取有針對性的減少和控制。

3　結語

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

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