东亚地区不同天气下的硫沉降分布

利用欧拉型硫沉降模式分析3个个例,讨论了东亚地区不同天气条件下硫总沉降、干沉降和湿沉降。不同天气条件下硫沉降的分布不同。干沉降与污染源的分布有很好的相关性,而总沉降的分布除决定于排放量外,还明显受到降水场分布的影响。24h硫沉降量一般为1.0～10.0mg/m²,最大可达32mg/m²,干沉降量的值为1.0～5.0mg/m²,最大值为14.8mg/m²,湿沉降量的值为0.5～7.0mg/m²,强降水区附近可达22mg/m²。     

甘肃平凉市大气湿沉降中氮、硫污染物循环特征分析

大气环境中氮,硫污染物的循环,正在自然系统改变。人为活动已明显冲击了氮、硫元素的循环过程,它们可能对生物多样性,局地气侯变暖,土壤,水体,人体健康等逐渐带来严重影响。氮、硫污染物亦是大气酸沉降的主要来源。通过对甘肃平凉市大气湿沉降中氮、硫污染物特征分析,掌握氮、硫污染物动态变化,分析它们在大气湿沉降中的化学变化及污染循环特征,为做好节能减排工作提供理论依据。使氮、硫元素的循环趋于平衡,防止酸沉降在我市发生,进一步提高我市环境空气质量。     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

大气中硫污染物的干沉降模式

建立了计算ＳＯ２和硫酸盐气溶胶干沉降速度的数值模拟,模式中考虑了气象条件,下垫面特征等因素对不同污染物干沉降速度的影响。并利用该模式计算了垫面上ＳＯ２和ＳＯ４＾２－的干沉降速度,其变化范围分别为０．２－１．０ｃｍ／ｓ和０．１－０．８ｃｍ／ｓ,与文献给出的结果对比表明,该模式散于计算硫污染物的干沉速度是可行的,最后给出了包括我国大部分地区白天和夜晚的硫污染物干沉降速度的区域分布。     

东亚地区硫污染物的空间分布特征

利用一个硫沉降模式分析了东亚地区ＳＯ２和ＳＯ４２－浓度的空间分布及其特征．不同天气条件下，ＳＯ２和ＳＯ４２－的浓度不同，高层ＳＯ２和ＳＯ４２－的浓度分别为０４—１０μｇ／ｍ３和０２—０５μｇ／ｍ３；中层为４０—１００μｇ／ｍ３和２０—６０μｇ／ｍ３；近地层为４０—３００μｇ／ｍ３和２０—８０μｇ／ｍ３．分析表明，近地面浓度分布受源的影响比较明显，高层的浓度分布与湿清除过程密切相关，其浓度的低值区与降水区和云区有较好的对应．中层浓度分布体现了源、中层气流及湿清除的共同作用．     

我国南方两个典型森林生态系统的硫、氮和汞沉降量

利用混合降水采样器,对江西千烟洲和湖南会同两个森林生态站的大气硫、氮和汞的湿沉降和穿透水沉降进行了为期1 a的观测.在2013-12~2014-11的观测期间,千烟洲站降水中的SO_4~(2-)-S、NO_3~--N、NH_4~+-N和Hg的体积加权平均质量浓度分别为1.89 mg·L~(-1)、0.957 mg·L~(-1)、0.401 mg·L~(-1)和12.5 ng·L-1,而穿透水中的平均浓度分别为2.39 mg·L~(-1)、1.18 mg·L~(-1)、0.897 mg·L~(-1)和22.2 ng·L-1,穿透水浓度较降水有不同比例的增加.会同站穿透水中的元素平均浓度则分别为2.93mg·L~(-1)、1.60 mg·L~(-1)、0.502 mg·L~(-1)和22.0 ng·L-1.基于穿透水的千烟洲站大气硫、氮和汞的沉降量分别为3.56g·(m2·a)-1、3.02 g·(m2·a)-1和30.6μg·(m2·a)-1,会同站分别为6.18 g·(m2·a)-1、4.48 g·(m2·a)-1和37.3μg·(m2·a)-1,三者均在夏季达到最高.汞的干湿沉降量相当,而硫和氮的湿沉降量在总沉降量中占主导地位.与硫沉降和氮沉降主要来自人为源不同,自然源对汞沉降的贡献较明显,特别是在会同站.     

珠江三角洲地区冬季硫、氮干沉降的来源解析

采用WRF-CMAQ模式对珠江三角洲地区2015年1月进行数值模拟,结合CMAQ的集成源解析方法ISAM对S、N及其干沉降的来源贡献进行分析.结果表明：珠江三角洲地区S、N干沉降量高值主要分布在广佛交界处以及珠江口附近,其逐日变化趋势主要受质量浓度变化影响,但在部分时间段受干沉降速率的影响亦相当显著.珠江三角洲区域内排放源对于S干沉降的平均贡献占比为36.2%,与其质量浓度区域内贡献占比相当,SO₂干沉降速率增加以及背景风场变弱会使区域内贡献占比增加;区域内源对于N干沉降的平均贡献占比为32.4%,远小于其质量浓度区域内贡献占比,当NO₂质量浓度减少,使得HNO₃的质量浓度和干沉降量减少时,区域内贡献占比增加.对于珠江三角洲典型城市,广州S干沉降的本地贡献为27.7%,N为14.2%;江门S干沉降的本地贡献为9.6%,N为8.8%.2个城市对比而言,广州受本地的影响较江门显著,江门受其上风方向广州和佛山两市输送的影响显著,但当背景风场减弱时,江门本地贡献会有明显增加.     

珠江三角洲地区冬季硫、氮干沉降的来源解析

采用WRF-CMAQ模式对珠江三角洲地区2015年1月进行数值模拟,结合CMAQ的集成源解析方法ISAM对S、N及其干沉降的来源贡献进行分析.结果表明：珠江三角洲地区S、N干沉降量高值主要分布在广佛交界处以及珠江口附近,其逐日变化趋势主要受质量浓度变化影响,但在部分时间段受干沉降速率的影响亦相当显著.珠江三角洲区域内排放源对于S干沉降的平均贡献占比为36.2%,与其质量浓度区域内贡献占比相当,SO₂干沉降速率增加以及背景风场变弱会使区域内贡献占比增加;区域内源对于N干沉降的平均贡献占比为32.4%,远小于其质量浓度区域内贡献占比,当NO₂质量浓度减少,使得HNO₃的质量浓度和干沉降量减少时,区域内贡献占比增加.对于珠江三角洲典型城市,广州S干沉降的本地贡献为27.7%,N为14.2%;江门S干沉降的本地贡献为9.6%,N为8.8%.2个城市对比而言,广州受本地的影响较江门显著,江门受其上风方向广州和佛山两市输送的影响显著,但当背景风场减弱时,江门本地贡献会有明显增加.     

重庆地区硫平衡估算

本文根据实测重庆地区的SO_2和SO_4~(2-)的混合沉降速度,计算了硫干沉降通量。重庆硫干沉降密度大于湿沉降。区域内硫沉降密度为11.6g(s)m~(-2)·a(-1)。四面山硫沉降有70%来自重庆区域硫的传输。     

南宁市酸沉降来源的研究

建立2类模式(拉格朗日烟团轨迹模式和欧拉模式)研究南宁市的酸雨成因,计算出硫沉降场的分布特征和南宁市与广西各地区之间硫输送的关联矩阵.结果表明,2001年外来源的贡献占南宁市总硫沉降量的72%,而本地源的贡献占南宁市总硫沉降量的28%,故在南宁市的酸雨形成过程中外地源占据主导地位.自2001年8月-2002年9月,桂林、柳州、梧州、南宁4个城市环保监测站同步进行的10次降雨过程的pH观测结果亦表明,对南宁市硫沉降贡献最大的仍为外来源.因此,这2类模式的计算结果合理.      

闽南地区酸沉降来源特征的模拟研究

设计了一个二维长距离硫传输Lagrangian模型,模拟了闽南地区酸沉降的来源特征?结果表明:闽南地区硫沉降中外来源与局地源的相对贡献存在着明显的季节变化;由年均贡献看,闽南地区硫沉降主要由外来源的长距离输送造成      

四川中东部地区2009年大气硫沉降模拟

采用第三代公共多尺度空气质量模型Models-3/CMAQ,对四川中东部地区2009年1月、4月、7月和10月SO₂排放所产生的硫沉降分布进行数值模拟研究,并且将该模型输出的ρ(SO₂)、SO₄2-湿沉降量分别与地面层的ρ(SO₂)、降水中SO₄2-湿沉降量实测值进行相关分析,探讨硫沉降的季节、区域分布特征及湿沉降变化. 结果表明:ρ(SO₂)模拟值与实测值的R(相关系数)为0.445,SO₄2-湿沉降量模拟值与实测值的R为0.510;四川中东部地区夏季硫沉降量为2.2×104 t,高于其他三季,冬季最小,为1.0×104 t;硫沉降呈三大片区分布,宜宾、乐山、泸州为高值分布区,资阳、遂宁、南充、广安和达州均属于硫沉降低值区,成都、德阳、绵阳片区属硫沉降次高值区;干沉降中SO₂沉降量在各季所占比例均在85%以上,湿沉降中各季SO₄2-沉降量所占比例均在99%以上.      

中国硫沉降数值模拟

采用致酸污染物长距离传输模型ATMOS,对我国2002年排放的SO₂所产生的S沉降分布进行了数值模拟研究.分别将模式输出的ρ(SO₂),SO₄2-湿沉降量与实际监测地面层的ρ(SO₂),降水中SO₄2-湿沉降量进行相关性分析;对我国总S沉降、地面层ρ(SO₂)分布,以及S干、湿沉降分布特点等模拟结果进行详细分析.在此基础上,得到模拟各网格的总S沉降数值,将其与相应的S沉降临界负荷值进行比较,获得95%保证率(RAINS-Asia)下我国1°×1°S沉降超临界负荷分布图.为控制我国的S沉降,对各省SO₂减排的形势进行分析,并提出具体要求.      

模拟氮沉降对高硫沉降地区森林土壤酸化的贡献

以重庆铁山坪马尾松林下典型的酸化土壤为研究对象,按照40 kg·(hm²·a)^-1的N剂量分别喷洒NH₄NO₃和NaNO₃以模拟氮沉降翻倍的情景,对其影响下的土壤溶液pH值和主要阴阳离子浓度进行了为期1 a的野外观测.结果表明,与未经处理的对照相比,喷洒NH₄NO₃的土壤溶液的pH值有所下降,而NaNO₃则导致pH值略有上升.同时,喷洒NH₄NO₃和NaNO₃均导致盐基阳离子（Ca²⁺和Mg²⁺）和Al³⁺浓度的明显上升,其中Al³⁺与盐基阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺之和)的摩尔比值由对照的0.5左右升高到接近甚至超过1.0.盐基阳离子的加速淋溶和有毒Al³⁺的活化,表明氮沉降已加剧了土壤酸化.此外,氮输入的增加还引起了NO^-₃淋溶的大幅增加,土壤出现氮饱和现象.相对而言,NH⁺₄的酸化和富营养化效应均强于同当量的NO^-₃,表明中国氮沉降控制不应忽视NH₃的排放削减.     

Contribution of atmospheric nitrogen deposition to diffuse pollution in a typical hilly red soil catchment in southern China

Atmospheric nitrogen （hi） deposition is currently high and meanwhile diffuse N pollution is also serious in China. The correlation between N deposition and riverine N export and the contribution of N deposition to riverine N export were investigated in a typical hilly red soil catchment in southern China over a two-year period. N deposition was as high as 26.1 to 55.8 kg N/（ha-yr） across different land uses in the studied catchment, while the riverine N exports ranged from 7.2 to 9.6 kg N/（ha-yr） in the forest sub-catchment and 27.4 to 30.3 kg N/（ha.yr） in the agricultural sub-catchment. The correlations between both wet N deposition and riverine N export and precipitation were highly positive, and so were the correlations between NH-N or NO2-N wet deposition and riverine NH4-N or NO3-N exports except for NH-N in the agricultural sub-catchment, indicating that N deposition contributed to riverine N export. The monthly export coefficients of atmospheric deposited N from land to river in the forest sub-catchment （with a mean of 14%） presented a significant positive correlation With precipitation, while the monthly contributions of atmospheric deposition to riverine N export （with a mean of 18.7% in the agricultural sub-catchment and a mean of 21.0% in the whole catchment） were significantly and negatively correlated with precipitation. The relatively high contribution of N deposition to diffuse N pollution in the catchment suggests that efforts should be done to control anthropogenic reactive N emissions to the atmosphere in hilly red soil regions in southern China.