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近年来,不断加剧的人为活动向大气环境释放大量的汞,具有特殊物理化学性质的汞已经成为一种通过大气环境进行跨国传输、备受关注的全球性污染物。各地区对大气中各形态汞的监测数据日益完善,但是对近海地区海洋边界层内大气汞的监测较为缺乏。
本研究基于国内外研究现状及前期研究基础,展开对近海地区大气中各形态汞时空分布及其干湿沉降研究,研究的主要内容和结果如下:
(1)厦门大学某实验楼大气和雨水中不同形态汞的时空分布特征
2011年2月至2012年3月期间,A1点大气中GEM和TPM的浓度范围分别是(1.92~12.86)ng·m-3、(42.96~3620.00)Pg·m-3,平均浓度值分别是5.54 ng·m-3、633.43 pg·m-3。由于气温、多雾天气以及季节性的风向变化引起A1点大气汞的时空分布,GEM浓度在暖月份浓度较高,而在冷月份较低,TPM浓度在4、6、7月较高。GEM的日间浓度大于夜间浓度,而TPM则是暖季节日间浓度大于夜间,而在冷季节没有明显的昼夜变化。
春夏秋季GEM与风速均呈正相关,而冬季GEM与风速呈负相关;四季TPM与风速均呈不同程度的负相关;春秋冬季GEM、TPM与气温呈正相关,而夏季与气温呈负相关:春夏秋季GEM与太阳辐射均呈正相关性,而冬季与太阳辐射呈负相关性;夏秋冬季TPM与太阳辐射均呈负相关性,而春季TPM与太阳辐射呈正相关性。各气象参数综合影响着GEM和TPM,因此GEM、TPM与各季节气象参数存在不同程度的相关性。GEM和TPM均与NO2、SO2呈负相关,与O3呈正相关。
2011年4月至2012年3月期间,A1点雨水中THg和DHg的浓度范围分别是(23.28~118.44)ng·L-1、(14.79~64.80)ng·L-1,平均值分别是65.24 ng·L-1、30.29ng·L-1,其中DHg占THg浓度的46.43%。由于气温和雨水冲刷的影响,THg的季节变化趋势为秋季>春季>夏季>冬季,而DHg为夏季>秋季>春季>冬季。
(2)厦泉地区大气悬浮颗粒物及其汞浓度的研究
2010年4月至2011年3月期间,PM10浓度在A5点最高,A3点最低;Hg(p)浓度在A2点最高,A3点最低。浓度高低趋势主要是由风向和附近污染源综合影响下产生的,使用HYSPLIT Trajectory Model进行24小时气流逆轨迹分析,整理出北方沿海型、内陆型、南方沿海型、南方海洋型、特殊型这五种不同的悬浮微粒传输路径。
由于各季节的气候条件以及风向来源的影响,A1~A5点PMl0浓度呈现出冬季较高、春夏秋三季较低的趋势,而Hg(p)浓度的季节变化为除了A5点,A1~A4点冬季Hg(p)浓度最高,秋春次之,夏季最低;A1~A5点的PM10昼夜变化趋势较一致,由于日间混合层厚度的影响,表现为日间浓度高于夜间浓度,这现象在高温的夏季期间表现尤为明显。其中A1、A2点的Hg(p)季节性日夜变化趋势比较一致,即春秋季节表现日间浓度大于夜间,夏冬季节表现为夜间浓度大于日间浓度。
2010年6月至2011年1月期间,A1点PM10、Hg(p)之间呈显著的正相关性(R=0.9436),故二者与气象参数有一致的相关性。夏季,PM10、Hg(p)与风速呈显著的正相关,与气温和太阳辐射呈负相关;秋季,PM10、Hg(p)与气温呈正相关,与风速和太阳辐射呈负相关;冬季,PM10、Hg(p)与气温和太阳辐射呈正相关,与风速呈负相关。
2010年4月至2011年3月期间,A1、A2点PMl0、Hg(p)与大气污染物NO2、SO2、O3之间均呈不同程度的正相关性,并根据Hg(p)与O3的正相关性,猜测在海洋边界层由于氧化作用促使GEM转化为Hg(p),进而通过干湿沉降作用进入生态系统。
2010年4月至2011年3月期间,厦泉地区PM10、Hg(p)浓度均比金门地区高,其最主要的原因是大厦门湾北部的中国内陆地区主要分布着工业区;PM10、Hg(p)受当地的季节风向影响,呈现出不同的季节性变化,并且春夏季节污染源来自西南方向,秋冬季节污染源来自东北方向。
(3)大气汞的干湿沉降
利用双向交换“big leaf”模型计算出研究区域Al点的TPM的沉降速率为(0.11±0.08)cm·s-1,RGM的干沉降速率为(2.43±0.32)cm·s-1,本研究没有将GEM纳入大气汞的干沉降范围内。2011年3月至2012年3月期间,A1点干沉降通量范围是(0.79~4.09)μg·m-2·mon-1,平均值为1.98μg·m-2·mon-1,湿沉降通量范围是(2.03~15.01)μg·m-2·mon-1,平均值为7.46μg·m-2·mon-1,总沉降通量为9.44μg·m-2·mon-1,其中21%为干沉降通量,79%为湿沉降量。