丹江口水库淅川库区大气降水中无机离子特征及来源解析

大气降水中水化学组成深刻影响着地表水体水质和水生态系统的物质循环. 为探究丹江口水库降水中无机离子的化学组分和来源贡献,以丹江口水库淅川库区为研究区,通过野外调查、原位观测和室内分析,研究了降水中无机离子(F?、Cl?、NO₃?、SO₄2?、Na+、NH₄+、K+、Ca2+和Mg2+)的浓度特征. 结果表明:丹江口水库淅川库区降水中无机离子浓度大小表现为NH₄+(170.0 μeq/L)>Ca2+(115.4 μeq/L)>SO₄2?(112.9 μeq/L)>NO₃?(94.2 μeq/L)>Na+(61.1 μeq/L)>Mg2+(25.9 μeq/L)>F?(12.2 μeq/L)>K+(11.8 μeq/L)>Cl?(10.3 μeq/L),其中NH₄+、Ca2+、SO₄2?、NO₃?和Na+浓度占总离子浓度的90.2%;相关性分析表明不同无机离子浓度之间存在显著相关性(P<0.05),富集因子分析表明陆源人类活动对无机离子浓度的影响较大;正定矩阵因子分析表明,农业源、工业燃煤、土壤扬尘、化石燃料燃烧和生物质燃烧是无机离子的重要来源,其中NH₄+和SO₄2?的主要来源分别为农业源(56.3%)和化石燃料燃烧(78.7%). 研究显示,丹江口水库淅川库区降水中无机离子组分以NH₄+、Ca2+、SO₄2?、NO₃?为主,其主要受陆源人类活动(农业活动和化石燃料燃烧)的影响.      

南昌市新城区大气降水化学特征与主要成分来源解析

为了解南昌新城区大气降水化学特性和来源,于2013年5月15日—2014年1月24日采集当地有效降水样品39个,分析其降水化学特性,包括pH、电导率和主要离子(Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+、F-、Cl-、NO₃-和SO₄2-)的浓度.结果表明:南昌市新城区降水pH介于3.67～5.86之间,降水量加权平均值为4.63;电导率在6.13～73.01 μS/cm之间,降水量加权平均值为29.02 μS/cm;降水中总离子浓度为154.1～474.3 μeq/L,降水量加权平均值为300.1 μeq/L.SO₄2-、Ca2+、NH₄+和NO₃-是降水中的主要离子,合计占总离子浓度的82.6%.SO₄2-/NO₃-(当量离子浓度比)在1.82～3.61之间,平均值为2.66.南昌市新城区降水相对酸度为0.43,57.0%的致酸物质被大气中碱性物质中和,主要的酸度中和因子为Ca2+和NH₄+,分别贡献50.0%和36.6%的中和量.阴阳离子三角图分析表明,阴离子主要来自人为源;阳离子来源包括地壳源和人为源.富集系数分析表明,99.5%的Ca2+、88.4%的K+、63.0%的Mg2+来自地壳源;Mg2+、K+、Ca2+的海洋源输入分别为30.7%、4.6%和0.5%;1.2%的Cl-来自地壳源,55.8%来自海洋源,43.0%来自人为源;96.8%的SO₄2-和99.5%的NO₃-来自人为源.研究显示,南昌市新城区的降水为混合型降水,人为源对大气环境产生了重要影响.      

沧州市大气降水化学特征分析

为了解沧州大气降水化学特征,于2009年4-11月采集了沧州大气降水样品,测定了pH值、电导率和主要离子(Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、F-、Cl-、NO3-和SO42-)浓度。结果表明,观测期间降水pH值为4.18~7.30,降水量加权平均pH值为5.23,降水酸化频率为34%;电导率值为18.5~245.0μS/cm,降水量加权平均电导率值为39.2μS/cm;降水主要离子加权平均浓度为641.36μeq/L;降水中主要阳离子成分是NH4+和Ca2+,降水量加权平均浓度分别为191.06和96.81μeq/L,分别占到阳离子总量的53%和27%;阴离子主要成分是SO42-和NO3-,降水量加权平均浓度分别为175.05和58.19μeq/L,分别占到阳离子总量的63%和21%。降水中[SO42-]/[NO3-]值为3.01,仍属于硫酸型降水,但酸雨类型逐渐由硫酸型向硫酸-硝酸混合型过渡;[NH4+]/[Ca2+]值为1.97,NH4+对降水酸度的中和作用要大于Ca2+;NH4+、SO42-和NO3-等二次组分占到降水中主要离子总量的66%,表明二次污染比较严重。降水离子相关分析表明,SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+的相关性较好,SO42-和NO3-的相关系数为0.732,NH4+与SO42-(R=0.540)、NO3-(R=0.628)的相关系数分别大于Ca2+与SO42-(R=0.532)、NO3-(R=0.410)相关系数。气流轨迹分析表明,研究区降水主要受到5类气团影响,不同气团影响下,降水pH值、电导率和离子组成存在差异。     

三峡水库库首地区大气降水化学特征

2009年6月~2010年7月对三峡水库库首地区大气降水的水化学特征进行了连续1年的研究.结果表明:三峡库首地区大气降水酸化严重,超过1/3的降水pH值低于4.5.SO42-和NO3-为降水中的最主要阴离子,雨量加权平均值分别为161.90,65.24μeq/L,二者分别占无机阴离子总量的66%、27%.Ca2+是最主要的阳离子,离子含量在8.89~932.90μeq/L之间,雨量加权平均浓度为108.34μeq/L,占无机阳离子总量的43%.季节变化分析表明,夏秋季节降水酸化严重,而冬春季节降水酸化不明显.不同季节相对酸度(FA)和中和因子(ＮＦ)分析表明,冬春季节的降水酸度主要受Ca2+离子的中和作用控制.主要离子来源分析表明,SO42-和NO3-主要来源于化石燃料燃烧,Na+、Cl-主要为海源输入的贡献,而Ca2+、Mg2+主要来源于陆壳颗粒物质.     

泰山降水化学及大气传输的研究

为了解泰山降水的化学组成特征及其来源,于2004年7月至12月间在泰山上采集了23场降水样品,进行了pH值、电导率的测定、主要水溶性阴阳离子的分析以及每场降水的后推气流轨迹分析.结果表明,降水pH的雨量加权均值为4.74,电导率的雨量加权均值为2.26mS·m-1,泰山降水已受到酸性污染;降水中浓度较高的阳离子是NH4 和Ca2 ,雨量加权均值浓度分别为50.62和29.04μeq·L-1,浓度较高的阴离子是SO42-和NO3-,雨量加权均值浓度分别为70.32和23.44μeq·L-1;SO42-/NO3-、NH4 /Ca2 当量浓度比的平均值依次为3.41、2.13.对降水的化学组成作了相关性分析,发现NH4 、Ca2 、SO42-、NO3-浓度之间具有很好的相关性;通过气流轨迹分析发现酸性最强的降水气团来自于我国的南部地区或沿途经过华东地区,离子浓度最高的降水气团来自于我国的北部地区或欧洲大陆,来自东亚地区的降水气团的离子浓度最低.     

西南喀斯特农村降水化学研究:以贵州普定为例

对我国西南喀斯特地区农村(普定)2008年的降水样品化学组成研究表明,该区降水pH值在4.6～7.1之间,加权平均值为5.7.Ca2+是主要的阳离子,雨量加权平均浓度为303.2 μeq·L-1占阳离子总数的34%～88%;SO42-和NO3-是主要的阴离子,雨量加权平均浓度分别为281.2 μeq·L-1、69.9 ...     

贵阳大气降水化学特征及来源分析

对贵阳地区2008年10月1日~2009年9月30日降水样品的pH值和主要阴阳离子组成的进行测定,并运用TrajStat软件模拟后向气团轨迹,分析了贵阳地区降水中离子来源以及影响离子浓度的因素.结果表明,2008~2009全年降水pH值加权平均值为4.23;SO42-是主要阴离子,加权平均值为265.63μeq/L,占总阴离子的69.29%.Ca2+和NH4+是主要的阳离子,加权平均值分别为182.90和112.79μeq/L,分别占总离子的47.10%和29.05%.并且NH4+、Ca2+与SO42-之间存在明显的相关性,说明贵阳大气中可能主要存着(NH4)2SO4、NH4HSO4、CaSO4等物质.总离子浓度季节差异性大,冬季高、夏季低,主要受到降水量、污染物来源等多方面的影响.海相和土壤富集系数表明,Ca2+、Mg2+、K+主要来自地壳源,而SO42-、NO3-主要来自人为源.贵阳后向轨迹表明春季气团轨迹较为杂乱,夏季气团主要来自沿海,秋冬季则主要受中国内陆的影响.     

南昌市大气降水化学特征及来源分析

为分析南昌市大气降水离子来源和源区,对南昌市2016年4—9月大气降水样品主要阴阳离子的组成进行了测定分析,并运用PMF（正定矩阵因子分解）模型分析来源和TrajStat软件模拟后向轨迹.结果表明:NH₄+和Ca2+是南昌市大气降水中的主要阳离子,加权平均浓度为65.3和23.9 μmol/L,分别占阳离子总量的57%和21%;SO₄2-和NO₃-是主要阴离子,加权平均浓度为60.4和25.3 μmol/L,分别占阴离子总量的56%和23%.c（NH₄+）、c（Ca2+）、c（K+）、c（Mg2+）、c（Na+）、c（Cl-）、c（NO₃-）之间均存在着较为显著的相关性,说明它们之间可能有相似的来源或形成化合物共同存在.结合PMF模型分析结果表明,Na+、Cl-很明显受到了海盐的影响,也部分受土壤和二次污染影响;K+、Mg2+、Ca2+大部分来自于土壤,海盐、二次污染也贡献了一部分的K+;SO₄2-、NH₄+和NO₃-是组成大气二次颗粒物的主要成分,主要由二次污染源贡献;煤燃烧贡献了主要的F-和部分SO₄2-.后向轨迹模型分析表明,南昌市大气降水主要受局地降雨气团影响,5月、8月、9月受陆源及人为影响较大,海源性离子经过内陆上空时被稀释或沉降,导致6月、7月来自于海洋上空的降雨气团对南昌影响不大.研究显示,SO₄2-对南昌市大气降水的影响逐渐增大导致降雨类型逐渐由混合型向硫酸型转化,人为影响是造成大气污染的主要原因.      

祁连山典型冰川雪冰主要化学离子特征及其环境意义

基于2011年在祁连山七一冰川和十一冰川采集的雪坑样品和2014年在八一冰川采集的表层雪样品,并结合2006年老虎沟12号冰川的研究成果,通过Pearson相关分析、主成分分析以及HYSPLIT(Hybrid Single Practical Lagrangian Integrated Trajectory)后向气团轨迹分析各冰川雪冰中主要化学离子特征,并探讨其反映的环境意义.研究表明:①祁连山各冰川雪冰中化学离子总质量浓度序列为七一冰川(31 014.2 μg/L)>十一冰川(17 157.1 μg/L)>老虎沟12号冰川(7 729.6 μg/L)>八一冰川(2 248.1 μg/L),整体上呈中段雪冰化学离子质量浓度大于西段的空间分布特征;各冰川雪冰中SO₄2-和Ca2+均为主要的阴、阳离子,Ca2+、SO₄2-载量在阴、阳离子中均居首位〔ρ(SO₄2-)/ρ(阴离子)为52.7%,ρ(Ca2+)/ρ(阳离子)为68.5%〕,除八一冰川之外的其他三条冰川间化学离子载量变化不大.祁连山冰川雪冰中主要化学离子分布存在显著的区域特征,其含量整体上高于高亚洲的大多数冰川区域,但与青藏高原东北部一些冰川相似,都有含量极高的Ca2+和Mg2+等阳离子.②Pearson相关性和主成分分析结果显示,地表矿物粉尘输入是该区域雪冰中化学离子最主要的来源,Ca2+和Mg2+含量的多寡可以指示地表矿物的输入状况;此外,柴达木盆地盐湖在夏季对Cl-和Na+的贡献较大,但在湖水蒸发较弱的其他季节对雪冰中化学离子的贡献并不显著,夏季ρ(Cl-)/ρ(Na+)在一定程度上可以反映盐湖离子输入的强度,NH₄+和部分NO₃-主要来源于人类活动排放.③HYSPLIT后向气团轨迹反演结果表明,到达祁连山区的大多数气团主要发源于西部,途径沙漠地区,是冰川化学离子输入的主要动力,也有部分季风气团来自印度洋等海域,为冰川区带来大量降水.      

天津降水季节特征及不同气团来向离子来源分析

基于天津2019年3月～2022年2月的大气降水样品,分析降水季节性变化及无机离子和有机酸来源,降水pH值均值为6.68,电导率均值为46.8μS/cm,总离子浓度均值为726μeq/L,降水离子整体呈现“冬高夏低”的季节特征,SO₄^2-和NO₃^-对总自由酸度(TFA)的贡献率为89.6%,是主要致酸离子.基于HYSPLIT模型得出降水主要受5个来向气团影响,春冬季以离子浓度较高的北部气团和西北部气团来向为主,占比60.0%～62.5%,夏秋季离子浓度较低的南部气团、东部气团和东南部气团占比较大,达到60.0%～97.8%.富集因子分析表明Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺主要来源于土壤;Cl^-的主要来源为海洋;Na⁺的来源包括土壤;SO₄^2-和NO₃^-主要来自人为源.根据有机酸来源判定,植物生长和土壤释放等直接来...     

2007年北京夏季降水分段采样酸度和化学成分分析

为掌握降水酸度和污染性化学成分随降水持续时间的变化规律,对北京2007年夏季5次典型降水过程分时段采样,分别测定了pH值、电导率,并分析了其中水溶性大气污染成分SO42-、NO3-、NH4+等随时间的变化特征.结果表明,pH加权平均值在降水初期为5.70±0.73,为非酸雨;平缓期为4.35±0.56,呈酸雨特征.pH、电导率和各离子浓度随降水时间的持续而迅速下降,10~45 min后进入平缓期,各污染离子随之下降率为50%~90%.来自北京西北方向云团的降水(8月1日)pH值较高、污染物浓度较低,SO42-、NO3-和NH4+分别为65.4、23.9和117.3μeq/L;而来自偏南云团降水(8月6日)pH值较低、污染物浓度较高,SO42-、NO3-和NH4+浓度分别为310.8、95.7和249.8μeq/L.北京夏季二次粒子浓度升高,将使降水酸化加剧.     

崇明东滩湿地降水化学特征及来源解析

2009年5月~2010年4月收集了崇明东滩湿地降水,测定了样品的pH值、电导率和主要水溶性离子的浓度,并利用富集因子法和后向轨迹分析对降水中无机离子成分进行源解析.结果表明,崇明东滩整体空气质量良好,大气污染物浓度较低.降水的pH值和电导率的加权均值分别为5.24,17.49μS/cm,为轻度污染的弱酸性水平;SO42?和NO3?是主要的致酸离子,加权浓度分别为52.27,21.39μeq/L;NH4+和Ca2+是主要的碱性离子,加权浓度分别为33.36,27.13μeq/L;离子来源分析表明,Na+和Cl?主要来自于海洋,NH4+的中和作用大于Ca2+和Mg2+,大气颗粒物主要以(NH4)2SO4、NH4HSO4、NH4NO3的形式存在;后向轨迹分析表明降水主要受海洋风向影响,西北、西南方向和长江三角洲地区的人为污染物的中长尺度传输是造成崇明东滩酸雨的重要原因.     

上海大气冷凝水化学特性分析

2011年3月8日至4月11日期间利用新研制的大气冷凝水采样器收集了上海大气冷凝水样品.从冷凝水的化学组成及常见大气湿沉降的比较、冷凝水离子间的相关性、冷凝水离子浓度随时间变化等方面,分析了上海大气冷凝水的化学特性.结果表明,上海大气冷凝水pH值介于6.1~7.2,加权均值为6.5,多呈弱酸性;NH4+和SO42-是含量最高的2种离子,浓度分别为139.7μeq/L和125.7μeq/L,SO42-是主要致酸离子;NO2-含量为9.9μeq/L,比NO3-(9.5μeq/L)略高,且所有冷凝水样品中NO2-检出率为100%;4种低分子量有机酸MSA-(6.0μeq/L)、CH3COO-(5.9μeq/L)、C2O42-(3.9μeq/L)和HCOO-(3.7μeq/L)占阴离子总量的8.5%,含量远高于上海雨水;Ca2+(19.2μeq/L,4.0%)、Mg2+(4.9μeq/L,1.0%)含量比同期雾水低2~3个数量级;冷凝水离子浓度随时间变化较大,这与光化学反应、春季逆温等有关.     

大气颗粒物和降水化学特征的相互关系

分别于2007年在泰安市郊区和深圳市郊区采集了大气颗粒物并同时对降水进行了分级采样,通过降水过程中降水化学特征的变化和降水前后颗粒物浓度和化学组成的改变,讨论了云下冲刷过程中大气颗粒物对降水化学组分的贡献和降水对颗粒物的去除作用.泰安降水雨量加权pH为5.97,总可溶解离子浓度为1 187.96μeq.L-1,PM10的质量浓度为131.76μg/m3,PM2.5为103.84μg/m3.深圳降水雨量加权pH为4.72,总可溶解成分离子浓度为175.89μeq.L-1,PM10的质量浓度为56.66μg/m3,PM2.5为41.52μg/m3.泰安和深圳降水过程中pH和离子浓度都逐渐降低,冲刷过程主要是中和作用.泰安和深圳降水中Na+和Ca2+的去除效率较高,NH4+和NO3-去除效率较低.两地降水化学性质的差别取决于云水酸度、大气颗粒物性质和大气中酸碱性气体差别的共同作用.降水对大气颗粒物质量浓度、离子组分和元素组分都有显著清除作用.     

中国降水酸度和离子浓度的时空分布

1991～1995年在全国进行了酸雨观测,建立了覆盖全国的具有区域代表性的酸沉降监测网,含271个测站?降水的pH值和电导率在现场采样后立即测量,降水样品的化学分析则在实验室里进行?主要离子SO2-₄,NO-₃,NH+₄,Ca2+浓度的加权均值分别为125.86,19.96,67.89和80.41μeq/L?由离子浓度地理分布图看出,这些离子浓度地理分布状况因离子而异?值得注意的是降水中SO2-₄和NO-₃浓度,北方非酸雨区甚高于南方酸雨区,这说明降水的酸度并不简单地决定于降水中SO2-₄和NO-₃的绝对浓度,而决定于这些离子对于Ca2+和NH+₄的相对浓度?发现了降水年均pH值低至4的一些地区,此值可能是目前世界年降水酸性最强的地区?文中还对代表性地区1986～1993年降水化学特征进行了分析,结果表明降水的酸度仍在升高?      

重庆市大气降水污染及其沉降特征

基于东亚酸沉降监测网（EANET）的湿沉降观测数据，针对2002~2016年重庆市的降水电导率、pH值和降水中水溶性离子浓度与沉降量进行了研究.结果表明，重庆市郊区站点的降水酸化问题较严重，而城市站点降水污染较严重.降水中水溶性离子平均浓度在城市和郊区站点分别达到627.00 μeq/L和480.14 μeq/L，其中城市站SO₄^2-、NH₄⁺和Ca²⁺的平均浓度为郊区站的1.21~1.47倍.由SO₄^2-与NO₃^-占比说明重庆市的降水类型由硫酸型向硫酸-硝酸混合型转变.城市站的主要离子沉降量较高，约为郊区站点的1.14倍.降水中的无机氮平均沉降量在17.59~47.31kg/（hm²·a）范围内浮动，并且主要以NH₄⁺-N为主，其平均沉降量为NO₃^--N的2倍左右，说明重庆市大气氨/铵污染比较严重.     

东北吉林地区云水化学航测研究

利用飞机航测于2007年夏季在东北吉林地区采集了24个云水样品,对云水的pH值与主要无机水溶性离子成分进行分析.结果表明,该地区云水呈酸性,平均pH值为4.93;主要离子成分依次为SO42- 109.7 meq/L, NH4+ 74.8 meq/L, Ca2+ 71.9 meq/L,和NO3- 51.4 meq/L; SO42-/NO3-的当量比为2.1,与龙凤山降水样品比值相当.云水离子浓度主要受天气形势及气团输送特征影响.集合后推气流轨迹分析表明离子浓度最高的云水样品主要受到华北地区污染输送的影响.对比同步采集的高空云水与地面降水样品,发现云下冲刷过程可对降水酸度起到一定的中和作用.