南京雾水阴、阳离子组分的浓度特征及其影响因素

论文总字数：12612字

目 录

1引言： 5

2、实验方法 5

2.1样品采集 5

2.2样品分析和数据处理 6

3、结果 6

3.1雾水的pH值和电导率 7

3.2雾水中阴、阳离子浓度特征 7

3.3雾水中阴、阳离子的比率 8

3.4影响雾水中阴、阳离子浓度的因素 8

4、讨论 10

4.1雾水与雨水的离子浓度对比 10

5、雾水离子来源分析 11

5.1讨论影响雾水离子浓度的其它可能因素 11

5.2 通过气团的后向轨迹图分析雾水离子来源 11

6、结论 13

参考文献 14

致谢 15

南京雾水阴、阳离子组分的浓度特征及其影响因素

詹宇星

, China

Abstract:In December 2007, the observation points were set up at the Nanjing University of Information Scienceamp;Technology, sampling of the 6 Fog Process on December 13th -23, the use of the United States Diane ICS-2000 ion chromatograph and thermo ICP plasma emission spectrometer measured fog sample ion concentration. The results show that in the 6 fog process, the water soluble anion has the largest concentration of SO₄^2-, 2864.9 mol L-1, followed by Cl^- and NO₃^-, while the cation is the largest concentration of Ca² , and is 2747.3 mol L-1. 6 fog process pH were acidic, and 6 times all were acid fog. 35% of the 20 samples were pHlt;5.6 (acid and standard). In terms of pH than the big rain, but the electrical conductivity is 10.5 times of rain. The reason is the pollution in fog water than rain, fog and ion concentration is much higher than the rain, this also shows that the pollution degree of fog area is greater than the rainfall area. The main sources of pollution in the fog area are automobile exhaust gases and pollutants emitted from nearby industrial areas. But the mobile level air group, will transfer from different directions substances into the mist, the chemical composition of fog water change.

Key words:fog anion and cation pollutant source

1引言：

雾是一种常见的灾害性天气，多发生于近地面层。浓雾会使能见度大幅降低，给交通运输事业带来巨大损失。雾还会减少日照，从而导致农业减产。雾的产生是由于大气中水汽充足，相对湿度达到90%，水汽凝结成微小的水滴悬浮于空气中，导致能见度降低，而这些水滴会吸附一些污染物质，导致雾水污染。雾的种类分为辐射雾、平流雾、混合雾、蒸发雾和烟雾。辐射雾是指由于地表辐射冷却作用使地面气层水汽凝结而形成的雾；平流雾是暖湿空气平流到较冷的下垫面上，逐渐冷却而形成的雾；混合雾是两个接近饱和的气团在水平方向相互混合达到饱和时凝结成的雾。蒸发雾是由于冷空气经过较暖的水面时，由于温差较大，水面会蒸发大量水汽，从而形成蒸发雾。烟雾是各种工业排放的固态粉尘与水汽混合形成的固态或液态气溶胶。

目前，随着全球污染日益严重，研究雾天气雾水污染特征对改善大气污染有很大的作用。在过去的30年里，国际上进行过许多次雾的场外观测实验。美国Anderson和Collett等在东南和东北山区、西部沿海等地进行过多次云雾采样和研究工作,样品pH 值范围在 3 —7 , 雾水中主要的离子是铵盐、硫酸盐和硝酸盐^[1][2]。德国Wrzesinsky等在克特高原收集雾水，并对研究表明东风时雾水中的主要离子比西风时明显要高^[3]。韩国Kim 等发现Daekwanreung高地雾水中NO₃^-、SO₄^2-和NH₄ 为主要离子，并分析显示来自亚洲污染地区和首尔地区的气团是导致雾水酸化的主要原因^[4]。美国Sun等研究表明雾天水溶性离子（包括NO₂^- 、F^- 、Cl^- 、NO₃^-、SO₄^2- 、Ca² 、K 等）和PM_2.5以及PM₁₀的浓度远大于非雾天，约是非雾天的10倍^[5]。Watanabe等在富士山观测站对云雾的研究表明，海盐的垂直和长距离输送影响了云的微物理特性，而且在采集到的雨水样品中发现了Mg² 的损失^[6]。Pandis等在洛杉矶的研究表明洛杉矶一次雾过程中，气溶胶中硫酸盐浓度增加了2倍，雾过程会导致大气颗粒物及其水溶性成分浓度增加^[7]。

中国的雾水化学研究开始于20世纪80年代，与国外开始研究的时间相同。樊曙先等在南京的研究表明，雾水中的水溶性离子以Cl^- 、NO₃^-、SO₄^2-为主，并且通过和雨水的对比，表明雾水中的重金属污染元素和水溶性离子（包括NO₂^- 、F^- 、Cl^- 、NO₃^-、SO₄^2- ）远大于雨水，说明雾区污染大气环境的污染程度高于降雨天气^[8]。莫天麟等考察了浙江舟山地区海洋平流雾雾水酸度及其化学组成，发现其酸含量很低，钠比值较高，主要受海洋影响^[9]。丁国安等在江西庐山电视台采集的雾水中Cl^- 、NO₃^-、SO₄^2-、NH₄ 、Ca₂ 、F^- 及Mg² 等离子浓度较高，并认 为雾水中离子浓度与上风向污染源关系密切，主要通过气溶胶的输送而影响雾水的成份^[10]。杨军等通过对南京雾天气的研究，表明平流辐射雾中雾水离子总浓度约为辐射雾的2.2倍，平流辐射雾中浓度最高的阳离子为NH₄ ，辐射雾为Ca^{2 [11]}。

本研究通过对南京2007年12月13日-24日出现的6次浓雾过程的观测，收集雾水样本，分析雾过程中雾水中的阴、阳离子浓度。通过自动气象站资料以及大气环境的外场实验，分析雾水中阴、阳离子在雾过程中的浓度特征，期望得到雾天气过程中雾水污染特征，对促进雾天气污染研究提供理论依据。

2、实验方法

2.1样品采集

本次雾外场观测点设在东苑体育场，地处南京市北郊，偏东方向约 3 km 处为南京主要工业区，内有南京钢铁厂、扬子石化等大型工矿企业。本次观测使用的是自制的主动式雾水采集器采集雾水样本，该采集器的原理是通过采集器上的引风机将雾气引入嵌有3层尼龙丝的平面网格中，经过碰并凝结，雾滴不断碰并增长，凝结成的雾水通过斜槽流入聚乙烯收集瓶中。利用自动气象站和能见度仪，观测常规气象要素（气温、气压、风速、相对湿度、能见度）。采集样品的6次浓雾过程信息和相关气象要素见表1。‘

表1 2007年12月6次浓雾过程的信息及气象要素