大气降水研究综述

赵晓韵

（贵阳市环境信息中心贵州贵阳550003）

大气降水研究综述

赵晓韵

（贵阳市环境信息中心贵州贵阳550003）

大气降水的化学组成是重要的环境因子，本文综述了我国对大气降水的研究进展，主要内容和结论有：我国降水中化学组分含量存在一定空间差异性，其中SO42-和NO3-高浓度区出现在中东部地区，NH4+浓度在中东部地区最高，而Ca2+的浓度在中国北部和西北部地区偏高，与土壤中钙含量分布一致；降水对大气污染物有一定的清除作用，对其研究有助于了解大气污染状况。

大气降水；化学组成；污染

随着社会经济的不断发展，大气污染成为人们广泛关注的环境问题之一。人类活动会产生大量污染物质，通过生物圈的循环进入大气环境中，吸附在大气颗粒物上，主要包括致酸性的硫氧化物、氮氧化物，以及一些重金属元素。从云中降落到地面上的液态水或固态水，如雨、雪、雹等，总称为降水，它是对气体和颗粒物最有效的净化方式（王璟，2012），研究大气降水可以帮助我们了解大气污染以及地表水污染的情况，有助于判定其来源。大气降水中的化学组成成分是重要的环境因子，受到自然环境和人为活动的共同影响，主要由进入水滴的颗粒物质和气态物质共同作用而决定，根据其化学组分及其分布特征，可以了解由于经济发展、工业化程度加剧、人口膨胀、能源消耗增加等人类活动导致环境的恶化程度。降水的化学成分决定降水的酸度，通过对其研究可以反映大气质量的整体状况，尤其是研究降水中SO42-和NO3-浓度的变化，可以反映出降水酸性的改变（王文兴等,1997）。酸雨会导致植物生长率降低，使土地贫瘠化，还会使湖泊等地表水酸化，导致鱼类等水生生物的死亡，腐蚀建筑物和文物古迹，造成经济损失等。

大气降水不仅是一个重要的气候要素，也是一个关键的水文要素。大气降水化学研究可以追溯到1840s，Potter（1930）“pH”值最早被采用来表示雨水、饮用水和工业用水的测定结果，1972年，联合国斯德哥尔摩人类环境大会的召开标志着控制酸沉降的国际合作的开始（李文华等,1984）。随着亚洲经济的迅速发展，东亚成为世界上第三大酸雨区（Hou et al.,1999），硫化物和氮氧化物等随着化石燃料的使用不断排进大气中，这导致了酸雨问题在东亚地区的扩张，并引起日本、中国的重视（Migliavacca et al.,2004）。1993年，日本发起并建立了东亚酸沉降监测网，标志着亚洲地区降水化学区域性合作研究的开始，我国于1999年加入该网的监测工作，通过努力为亚洲地区的酸雨问题解决提供可靠的数据保证（叶小峰等,2005）。

1　我国大气降水研究进展

我国对大气降水的研究始于20世纪70年代，由于南北地区气候差异明显，降水中化学组分含量也存在一定空间差异性。将我国分为东北、华北、西北、华中、华南、西南、华东七大地区，谢娜和薛丽洋（2012）研究发现，华中地区的降水酸性最强，东北地区降水的酸性最弱。其中东北、华北、西北3个地区的pH通常＞5.6，属于正常降水，对环境酸化不造成影响；华东、西南两地的pH在5.0～5.6之间，属于轻度酸性，对环境酸化影响不大；华中、华南两地的pH在4.5～5.0之间，属于酸性降水，对环境酸化有明显影响。降水的酸度和离子浓度取决于大气污染物的源强、云水系统中的物理作用、成云和云下洗脱过程中的化学转换过程，同一地区，不同季节、不同降水量以及不同的水汽来源，对降水中的化学组成及含量都存在较大的影响（张苗云等,2007）。同时在我国，由于西北、东北和华北3个地区的pH值通常＞5.6，因此其离子组分中NH4+浓度普遍高于华南、华东及西南地区，降水中高浓度的NH4+主要是由排放到大气中的NH3转化而来的，20世纪90年代北方地区大兴土木，使用了大量的混凝土外加剂，其中的含氨氮成分在墙体中随着温度、湿度等环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放于外界环境中，是导致北方地区NH4+含量较高的原因之一。王文兴等（1997）研究发现，中国的酸雨区主要集中在东南部地区，包括浙江、福建、湖南、湖北、四川东部和贵州，其降水中H+浓度最高，达到3.16μeq/L～100μeq/L(pH为4.5～4.0)，且贵州和四川某些地区降水中的SO42-浓度也较高。而中东部地区降水中SO42-和NO3-高浓度偏高。降水中NH4+浓度在中东部地区最高，与禽畜、氮肥应用和人口地理分布的密度一致，而Ca2+的浓度在中国北部和西北部地区偏高，与土壤中钙含量分布一致。总体上看中国降水中的离子总浓度较高，相当于北美洲和欧洲的3～5倍，这也反映出中国的大气污染较严重。同时降水中的化学组成成分也具有明显的季节性特征，通常表现为冬春季节高、夏秋季节低。分析发现，冬春季节降水酸度主要受到降水量和Ca2+的中和作用影响，而夏秋季节除了受降水量的影响外，还受Ca2+和NH4+的共同作用影响。梅自良等（2005）对成都市区降水研究还表明，降水中氯离子、氨离子、氟离子和钙离子对降水酸度的影响比较显著，这一结果在其他很多研究中也同样得出。

2　大气降水对大气中污染物的去除作用

大气污染物去除的一个重要途径是降水的冲刷，降水中化学离子组分的改变可以反映大气污染的变化，一些学者研究发现大气颗粒物在降水的形成和沉降过程中起着非常重要的作用，并且影响着降水的性质。沈志来等（1993）研究发现，不同降水量下降水中离子的去除具有不同的方式，当降雨量小时，其化学成分的去除主要靠对大气颗粒物（TSP）的冲刷，此时大气降水主要反映了TSP中水溶性离子的特征，当降雨量大时，大气中的污染物主要是通过云内去除，降水主要反映了云水的特征。国外的研究还表明，云下冲刷颗粒物对降水酸度的贡献相对较小，其酸度主要形成于云水或来源于酸性气体的冲刷，（Plerson et al.,1987）,而我国大气污染不同于国外的一个很突出的特点就是降水对大气颗粒物的质量浓度、离子和元素组分有显著的清除作用，不同地区大气颗粒物的化学组成、浓度和粒径有所不同，对酸雨的贡献也不同（霍铭群等,2009）。林武等（2012）对攀枝花市的酸雨研究发现，降水的酸度与大气中的颗粒物、降尘、硫酸盐物质有着密切的关联，粉尘以及SO2等硫氧化物对降水酸度的影响很大。

Deboudt（2004）指出，人类活动将大量污染物质带入到大气环境中，吸附在大气颗粒物上的重金属以及气体环境污染物通过大气运动在全球范围内传输并最终通过干、湿两种沉降方式输入到地表环境中，对生态系统中的化学循环造成持久性的负面影响。同时，碱性物质对降水具有缓冲作用，可以降低雨水的酸度，而大气颗粒物中的粉尘通常以碱性物质为主，因此通过降水对颗粒物的冲刷，粉尘等碱性物质和SO2等酸性物质对降水酸度各有贡献，也可以解释降水的pH值下降，并不一定是因为酸性物质增多而造成的，也有可能是由于碱性物质减少，中和作用减弱而引起。而大气湿沉降是溶解性重金属全球传输的重要途径，对大气降水中重金属元素组成的研究可以发现其与大气污染之间的联系，进而对大气污染采取有针对性的减少和控制。

3　结语

随着对大气降水研究的深入，其表征指标已逐步由降水酸度和酸雨频率发展为降水酸度、酸雨频率、降水化学组成、酸沉降量等多重指标。近几十年来，国外对各地降水的化学成分、变化特征、污染物来源等问题已经进行了较多的研究，监测方法和技术相对较为成熟，各国也积累了丰富的降水监测资料，为今后大气降水和大气污染的研究奠定了基础。

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赵晓韵（1988—），女，河北石家庄人，硕士，贵阳市环境信息中心，助理工程师，研究方向：环境污染控制工程。