南寧城市近地空氣中7Be分布規(guī)律初步研究

何賢文 廖燕慶 盧德雄 彭崇 陳寶才 周花瓏 林明媚 王磊 楊艷

【摘 要】7Be作為研究大氣科學(xué)與地球化學(xué)的放射性元素之一，已廣泛應(yīng)用于大氣物質(zhì)傳輸、微粒混合作用等的示蹤。文章研究分析了2013年1～12月期間南寧地區(qū)近地面大氣氣溶膠中7Be變化及其影響因素，南寧地區(qū)7Be濃度的范圍為0.56～8.78 mBq/m3，全年平均值為2.61 mBq/m3，最高值出現(xiàn)在10月，最低值出現(xiàn)在7月，春季和秋季為7Be濃度值較高的季節(jié)，夏季濃度值較低，7Be受到降水量的影響比較明顯。

【關(guān)鍵詞】氣溶膠；7Be；南寧市

【中圖分類號】X831 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0098-02

0 引言

7Be是環(huán)境中廣泛存在的天然放射性核素之一，通常由大氣中的碳、氮、氧原子與宇宙射線中的質(zhì)子、中子發(fā)生散裂反應(yīng)而產(chǎn)生，主要產(chǎn)生于平流層和對流層，其產(chǎn)生率受宇宙射線變化、緯度和海拔高度的影響。7Be在平流層的寄宿時間約1 a，在對流層中的停留時間為35 d左右[1]。大氣中7Be主要分布在對流層上層和平流層下層高度區(qū)間，隨著海拔高度下降，7Be產(chǎn)生率近似呈指數(shù)下降。在對流層下層，由于大氣動力輸送較為劇烈，7Be與氣溶膠吸附后，隨著大氣運動過程而遷移，以干、濕沉降過程，快速沉降到地表環(huán)境。在春季，由于中緯度對流層變窄，使得對流層-平流層交換加強，平流層中7Be“泄漏”到對流層，出現(xiàn)“春季泄漏”現(xiàn)象[2]。近地面空氣中7Be含量急劇變化的重要因素之一是降雨（雪）的清掃作用[3]。大氣中7Be濃度受產(chǎn)生率、降水量、平流層-對流層大氣交換、對流層中的垂直方向運移、從中緯度地區(qū)向高緯度和低緯度地區(qū)的水平搬運等因素的影響。因為7Be對天氣因素比較敏感，所以它常常被廣泛用于大氣物質(zhì)傳輸、表土季節(jié)性遷移、污染物地球化學(xué)循環(huán)過程、微粒混合作用的示蹤研究[2，4-7]。本文通過觀測南寧市2013年1～12月7Be在大氣顆粒物中的含量，對利用7Be技術(shù)研究南寧市區(qū)域大氣傳輸運動、環(huán)境空氣質(zhì)量變化等提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南寧市位于廣西南部，東經(jīng)107°45'～108°51'，北緯 22°13'～23°32'。該市是以邕江廣大河谷為中心的長形河谷盆地形態(tài)，平均海拔為76.5 m，南寧盆地向東開口，其他三面均為山地圍繞，南有七坡高丘陵，西有鳳凰山，北為高峰嶺低山。南寧市屬濕潤的亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，夏長冬短，夏季潮濕，冬季稍顯干燥，干濕季節(jié)分明。年均氣溫為21.7 ℃，年均降雨量為1 298 mm。

1.2 樣品的采集和測量

PMS-800大流量氣溶膠采樣器；HB1聚丙烯纖維濾膜；電動壓片機；美國CANBERRA公司HPGe-γ譜儀系統(tǒng)，探測器型號為BE3830，晶體的尺寸為φ80 mm×30 mm，對于60Co點源1 322 keV能量半高寬不大于1.80 keV，相對效率為50.9%。采樣地點為南寧市某環(huán)境自動站，使用PMS-800大流量氣溶膠采樣器進行氣溶膠樣品的采集，采樣器工作流量設(shè)置為600 m3/h，確保采樣的標況體積不少于10 000 m3。采樣結(jié)束后，記錄采樣空氣標準體積及采樣結(jié)束時刻。將樣品壓制成φ70 mm×10 mm的圓柱體，封裝后，利用高純鍺γ譜儀系統(tǒng)進行放射性測量。測定7Be的能量為 477.16 keV，測定時間大于86 400 s，確保7Be的測量誤差控制在5%以下。

本文運用實驗室無源效率刻度軟件（Laboratory Sourceless Calibration Software，LabSOCS）建立模型，得到不同氣溶膠樣品的效率曲線。運用Genie-2000譜分析軟件和得到的不同大氣氣溶膠樣品的效率曲線，分析γ能譜數(shù)據(jù)，并對采樣期間、制樣期間、測量期間7Be的衰變進行修正，得到氣溶膠樣品中7Be的含量。

2 結(jié)果與討論

每月采集的7Be大氣氣溶膠樣品，經(jīng)實驗室測量后計算7Be在大氣顆粒物中的含量，圖1為2013年1～12月南寧地區(qū)近地面大氣中7Be的月平均濃度值。南寧市大氣中7Be的含量范圍為0.56～8.78 mBq/m3，平均值為2.61 mBq/m3，與全球70多個觀測站平均水平為2.45 mBq/m3相當[8]。遠低于青海瓦里關(guān)山[7]，低于貴州觀風山[7]、深圳[9]、廣州[2]、西安[10]、杭州[11]和青島[12]近地面大氣7Be的含量。從近地空氣中7Be的季節(jié)分布來看，大氣7Be含量最高的月份在10月份（8.78 mBq/m3），其次在3、4月份（依次為6.12 mBq/m3、6.17 mBq/m3），其他月份大氣7Be含量較低。

降雨是影響大氣中7Be含量的重要因素。通常大氣中7Be含量的高值對應(yīng)較強的平流層-對流層的大氣交換，低值對應(yīng)于降雨。從2013年1～12月的7Be月平均濃度值分布來看，南寧地區(qū)近地面大氣中7Be的濃度受降水量的影響比較明顯。

南寧市屬濕潤的亞熱帶季風氣候區(qū)域，干濕季節(jié)分明，雨量充沛，雨季為5～9月份。由圖1可知，在雨季，降雨對南寧大氣中7Be含量的影響比較顯著，降雨量增大時對7Be的濃度起到稀釋作用，大氣中7Be含量與降雨量呈負相關(guān)關(guān)系。在南寧市春季（3～5月）期間，3、4月份7Be的濃度較大，與7Be的“春季泄漏”現(xiàn)象保持一致，其中4月份7Be的濃度沒有受降雨量增多的影響而明顯減小，可能與降雨對大氣氣溶膠雖然有濕清掃作用，但“春季泄漏”的影響仍占主導(dǎo)地位有關(guān)；5月份7Be的濃度驟降，可能與降雨對空氣中氣溶膠的濕清掃作用占主導(dǎo)，大大減弱了7Be的“春季泄漏”的影響；5～9月份為雨季，降雨量占全年總雨量的73.2%，大氣沉降以濕沉降形式為主，降雨對大氣中氣溶膠有明顯的清掃作用，大氣中7Be含量一直在低值水平；10月份，降雨量減少，干-冷下沉氣流中的富7Be氣團占主導(dǎo)作用，大氣中7Be濃度相應(yīng)升高；進入11月份，受超強臺風“海燕”的影響和來自海洋的暖-濕上升氣團的影響，大氣中7Be含量迅速降低。

3 結(jié)論

通過對大氣氣溶膠中7Be的含量進行持續(xù)監(jiān)測，并對其含量分布規(guī)律進行了初步研究，得到以下結(jié)果。

（1）2013年1～12月，南寧地區(qū)近地面大氣氣溶膠中7Be的含量范圍為0.56～8.78 mBq/m3，平均值為2.61 mBq/m3，與全球平均水平相當。

（2）南寧地區(qū)近地面空氣7Be濃度變化較真實地反映了低緯度-低海拔-沿海地區(qū)的大氣背景水平，7Be濃度的變化趨勢與區(qū)域尺度的季節(jié)性氣候變化基本一致，受降水量的影響比較明顯。

（3）氣象條件與近地面空氣7Be濃度的敏感性關(guān)系及7Be的大氣沉降通量還需要在更小的時間尺度上，做進一步的同步研究。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]