瓦里關地區冬春季大氣顆粒態汞的分布特征

李寶鑫++王寧章++東元禎++李明

摘 要：在連續觀測并得到了瓦里關本底站2009年12月28日到2010年5月11日的大氣顆粒態汞（PBM）的濃度值的基礎上，結合此時間段內瓦里關站的風速風向資料及部分黑碳觀測資料，研究了瓦里關站冬春季大氣顆粒態汞的分布特征。結果表明觀測期間瓦里關地區大氣顆粒態汞的平均濃度為29.3pg/m3，最高濃度值為191.33pg/m3，最低濃度1.01pg/m3，標準偏差為37.47pg/m3，分析表明大氣顆粒態汞濃度值受風向影響較大，且與黑碳濃度值有較好的相關性，觀測期內大氣顆粒態汞的潛在污染源主要來自于西北地區新疆至哈薩克斯坦一線。

關鍵詞：瓦里關 大氣顆粒態汞 風 黑碳

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0129-03

汞（mercury，Hg）在常溫下是銀白色液態金屬，有毒易揮發，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[1]。大氣中汞主要有氣態汞和顆粒態汞（吸附于大氣氣溶膠的汞）兩種存在形態，其中氣態汞占90%以上，顆粒態汞占5%左右[2]，氣態汞可附著在顆粒物中形成顆粒態汞[3]。大氣顆粒物是汞吸附和轉換的場所，也是大氣濕沉降的主要形態，對汞在陸地和水生生態系統的沉降起著重要作用[2]。由于近幾年來我國的空氣污染問題較為嚴峻，越來越多的城市和地區受到霧霾的影響，而汞附著在細顆粒物上形成大氣顆粒態汞（PBM），極易被人體吸收，對人體造成損害，美國環保署（USEPA）和世界衛生組織（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]。故越來越多的研究機構開始關注大氣汞方面的觀測和研究。

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

1 采樣方法及時間

在瓦里關站主基地東側，修建了一間20m2的簡易房，使用Tekran汞分析儀器公司開發的Tekran-2537B型測汞儀，使用儀器內置泵進行室外空氣的連續采樣，每5min產生一個數據，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。在最后獲取的數據的基礎上根據值班記錄剔除了異常數據及附近有較大人為污染情況下的數據，并計算了2h平均濃度值進行分析研究。

2 結果與討論

2.1 冬春季大氣顆粒態汞的分布特征

經過計算分析，采樣期內瓦里關站的大氣顆粒態汞濃度總體呈上升趨勢，圖1為采樣期內瓦里關站PBM月平均濃度直方圖。采樣期內最高濃度191.33pg/m3，出現在2010年5月4日，最低濃度1.01pg/m3，出現在2010年1月13日，平均濃度29.30pg/m3，遠低于國內其他城市濃度，如深圳72pg/m3（2008年）[5]，南京104pg/m3（2012年）[2]及廈門127pg/m3（2008年）[6]，表明瓦里關地區空氣質量相對工業發達地區較潔凈，污染小。

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

2.2 黑碳對冬春季大氣顆粒態汞分布的影響

因大氣顆粒態汞屬于汞分子吸附于大氣顆粒物上所產生，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平均數據（期間2010年1月29日至3月31日黑碳數據缺測），以期分析二者的相關性。

圖8為采樣期瓦里關大氣顆粒態汞濃度數據與黑碳數據的散點分析對比圖（采用Origin8.0作圖），由該圖可以看出，采樣期內二者濃度值均有相同的上升趨勢，很好地說明了大氣顆粒態汞的生成機制。導致這種上升趨勢的原因應該與4～5月西北風較多有關（參照圖2至圖7），西北風從西北地區沙漠戈壁帶來大量顆粒物及黑碳，而西北新疆地區多重工業污染，從而促使大氣顆粒態汞濃度升高。

2.3 冬春季大氣顆粒態汞的潛在源分析

通過5月5日00點達到高污染濃度的數據，利用H YSPILT模式向后模擬72h分析污染氣團來源，后向軌跡模擬（見圖9）可發現，影響瓦里關測站的氣團于5月2日在AGL3000高度形成，其中AGL500的下降最為劇烈，成為影響的主要氣團。通過軌跡分析可發現，該污染氣團形成于西西伯利亞及其附近區域，移動路徑經過我國新疆天山一帶，通過準葛爾盆地到達瓦里關，是西北路徑的主要移動方向，汞污染物可能由阿克蘇地區的局地污染帶入氣團傳輸，也有可能由更遠的西歐地區的影響造成測站濃度的顯著升高。

考慮新疆地區石化天然氣工業較為發達，冬春季節大部分居民以燃煤取暖為主，均排放大量的汞，加上風沙作用和西風帶傳輸，可能是導致瓦里關地區冬春季大氣顆粒態汞濃度上升的主要原因。該結論與2.1中分析得出的瓦里關地區大氣顆粒態汞污染主要來自于西北地區相印證。

3 結語

分析表明采樣期內瓦里關站的大氣顆粒態汞濃度值總體呈上升趨勢，最高濃度191.33pg/m3，最低濃度1.01pg/m3，平均濃度29.30pg/m3，遠低于國內其他發達城市地區。大氣顆粒態汞的潛在污染源主要來自于西北方向，其濃度受風向、工業布局的影響較大，其分布和發展與黑碳有較強的相關性。

參考文獻

[1] 路文芳，田宇，戰景明，等.我國大氣汞污染對人體健康的影響[J].環境與健康，2012，29（8）：761-763.

[2] 于學珍，謝云中，李賀.南京市冬季大氣顆粒態汞的分布特征[J].環境監測管理與技術，2013，25（6）：15-23.

[3] 修光利，張艷艷，蔡姬，等.大氣顆粒物中汞的賦存形態及其依存條件[J].環境科學研究，2013，26（8）：807-813.

[4] 朱云，王書肖.大氣汞污染模擬研究進展及控制策略優化方法[J].環境科學，2011，3（26）：1851-1856.

[5] 杜金華，黃曉鋒，何凌燕，等.深圳市大氣細粒子（PM2.5）中汞的污染特征[J].環境科學研究，2010，23（6）：667-673.

[6] 張福旺，趙金平，陳進生，等.濱海城市氣溶膠中顆粒態汞

的分布特征[J].環境科學，2010，31（10）：2273-2278.endprint