南宁城市近地空气中7Be分布规律初步研究

何贤文 廖燕庆 卢德雄 彭崇 陈宝才 周花珑 林明媚 王磊 杨艳

【摘 要】7Be作为研究大气科学与地球化学的放射性元素之一，已广泛应用于大气物质传输、微粒混合作用等的示踪。文章研究分析了2013年1～12月期间南宁地区近地面大气气溶胶中7Be变化及其影响因素，南宁地区7Be浓度的范围为0.56～8.78 mBq/m3，全年平均值为2.61 mBq/m3，最高值出现在10月，最低值出现在7月，春季和秋季为7Be浓度值较高的季节，夏季浓度值较低，7Be受到降水量的影响比较明显。

【关键词】气溶胶；7Be；南宁市

【中图分类号】X831 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）03-0098-02

0 引言

7Be是环境中广泛存在的天然放射性核素之一，通常由大气中的碳、氮、氧原子与宇宙射线中的质子、中子发生散裂反应而产生，主要产生于平流层和对流层，其产生率受宇宙射线变化、纬度和海拔高度的影响。7Be在平流层的寄宿时间约1 a，在对流层中的停留时间为35 d左右[1]。大气中7Be主要分布在对流层上层和平流层下层高度区间，随着海拔高度下降，7Be产生率近似呈指数下降。在对流层下层，由于大气动力输送较为剧烈，7Be与气溶胶吸附后，随着大气运动过程而迁移，以干、湿沉降过程，快速沉降到地表环境。在春季，由于中纬度对流层变窄，使得对流层-平流层交换加强，平流层中7Be“泄漏”到对流层，出现“春季泄漏”现象[2]。近地面空气中7Be含量急剧变化的重要因素之一是降雨（雪）的清扫作用[3]。大气中7Be浓度受产生率、降水量、平流层-对流层大气交换、对流层中的垂直方向运移、从中纬度地区向高纬度和低纬度地区的水平搬运等因素的影响。因为7Be对天气因素比较敏感，所以它常常被广泛用于大气物质传输、表土季节性迁移、污染物地球化学循环过程、微粒混合作用的示踪研究[2，4-7]。本文通过观测南宁市2013年1～12月7Be在大气颗粒物中的含量，对利用7Be技术研究南宁市区域大气传输运动、环境空气质量变化等提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

南宁市位于广西南部，东经107°45'～108°51'，北纬 22°13'～23°32'。该市是以邕江广大河谷为中心的长形河谷盆地形态，平均海拔为76.5 m，南宁盆地向东开口，其他三面均为山地围绕，南有七坡高丘陵，西有凤凰山，北为高峰岭低山。南宁市属湿润的亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛，夏长冬短，夏季潮湿，冬季稍显干燥，干湿季节分明。年均气温为21.7 ℃，年均降雨量为1 298 mm。

1.2 样品的采集和测量

PMS-800大流量气溶胶采样器；HB1聚丙烯纤维滤膜；电动压片机；美国CANBERRA公司HPGe-γ谱仪系统，探测器型号为BE3830，晶体的尺寸为φ80 mm×30 mm，对于60Co点源1 322 keV能量半高宽不大于1.80 keV，相对效率为50.9%。采样地点为南宁市某环境自动站，使用PMS-800大流量气溶胶采样器进行气溶胶样品的采集，采样器工作流量设置为600 m3/h，确保采样的标况体积不少于10 000 m3。采样结束后，记录采样空气标准体积及采样结束时刻。将样品压制成φ70 mm×10 mm的圆柱体，封装后，利用高纯锗γ谱仪系统进行放射性测量。测定7Be的能量为 477.16 keV，测定时间大于86 400 s，确保7Be的测量误差控制在5%以下。

本文运用实验室无源效率刻度软件（Laboratory Sourceless Calibration Software，LabSOCS）建立模型，得到不同气溶胶样品的效率曲线。运用Genie-2000谱分析软件和得到的不同大气气溶胶样品的效率曲线，分析γ能谱数据，并对采样期间、制样期间、测量期间7Be的衰变进行修正，得到气溶胶样品中7Be的含量。

2 结果与讨论

每月采集的7Be大气气溶胶样品，经实验室测量后计算7Be在大气颗粒物中的含量，图1为2013年1～12月南宁地区近地面大气中7Be的月平均浓度值。南宁市大气中7Be的含量范围为0.56～8.78 mBq/m3，平均值为2.61 mBq/m3，与全球70多个观测站平均水平为2.45 mBq/m3相当[8]。远低于青海瓦里关山[7]，低于贵州观风山[7]、深圳[9]、广州[2]、西安[10]、杭州[11]和青岛[12]近地面大气7Be的含量。从近地空气中7Be的季节分布来看，大氣7Be含量最高的月份在10月份（8.78 mBq/m3），其次在3、4月份（依次为6.12 mBq/m3、6.17 mBq/m3），其他月份大气7Be含量较低。

降雨是影响大气中7Be含量的重要因素。通常大气中7Be含量的高值对应较强的平流层-对流层的大气交换，低值对应于降雨。从2013年1～12月的7Be月平均浓度值分布来看，南宁地区近地面大气中7Be的浓度受降水量的影响比较明显。

南宁市属湿润的亚热带季风气候区域，干湿季节分明，雨量充沛，雨季为5～9月份。由图1可知，在雨季，降雨对南宁大气中7Be含量的影响比较显著，降雨量增大时对7Be的浓度起到稀释作用，大气中7Be含量与降雨量呈负相关关系。在南宁市春季（3～5月）期间，3、4月份7Be的浓度较大，与7Be的“春季泄漏”现象保持一致，其中4月份7Be的浓度没有受降雨量增多的影响而明显减小，可能与降雨对大气气溶胶虽然有湿清扫作用，但“春季泄漏”的影响仍占主导地位有关；5月份7Be的浓度骤降，可能与降雨对空气中气溶胶的湿清扫作用占主导，大大减弱了7Be的“春季泄漏”的影响；5～9月份为雨季，降雨量占全年总雨量的73.2%，大气沉降以湿沉降形式为主，降雨对大气中气溶胶有明显的清扫作用，大气中7Be含量一直在低值水平；10月份，降雨量减少，干-冷下沉气流中的富7Be气团占主导作用，大气中7Be浓度相应升高；进入11月份，受超强台风“海燕”的影响和来自海洋的暖-湿上升气团的影响，大气中7Be含量迅速降低。

3 结论

通过对大气气溶胶中7Be的含量进行持续监测，并对其含量分布规律进行了初步研究，得到以下结果。

（1）2013年1～12月，南宁地区近地面大气气溶胶中7Be的含量范围为0.56～8.78 mBq/m3，平均值为2.61 mBq/m3，与全球平均水平相当。

（2）南宁地区近地面空气7Be浓度变化较真实地反映了低纬度-低海拔-沿海地區的大气背景水平，7Be浓度的变化趋势与区域尺度的季节性气候变化基本一致，受降水量的影响比较明显。

（3）气象条件与近地面空气7Be浓度的敏感性关系及7Be的大气沉降通量还需要在更小的时间尺度上，做进一步的同步研究。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]