韓力慧,張海亮,張 鵬,向 欣,程水源,魏 巍 (北京工業(yè)大學(xué),環(huán)境與能源工程學(xué)院,區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)

北京市春夏季降水及其對(duì)大氣環(huán)境的影響研究

韓力慧*,張海亮,張 鵬,向 欣,程水源,魏 巍 (北京工業(yè)大學(xué),環(huán)境與能源工程學(xué)院,區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)

通過(guò)采集北京市2015年春夏季大氣降水和大氣顆粒物樣品,分析研究了大氣降水的理化特性,時(shí)空變化特征,來(lái)源以及對(duì)大氣顆粒物的影響.結(jié)果表明,北京市春夏季降水量主要集中于夏季,降水pH值在南城和北城分別為6.26和6.08,呈偏中性,均表現(xiàn)為春季大于夏季.降水中地殼元素Al和Fe含量較高,Ti、V和Ce含量較低.污染元素Ca和S含量最高,Na和Mg含量較高,Zn、Mn、Cu、Sr、Pb和Ni含量較低,其中Na、Mg、Sr和Ni呈現(xiàn)輕度富集,Ca、Mn和Pb呈現(xiàn)中度富集,Cu、Zn和S呈現(xiàn)嚴(yán)重富集.此外,降水中元素濃度具有顯著的季節(jié)變化,二次污染元素S表現(xiàn)為夏季高于春季,而其它元素均表現(xiàn)為春季高于夏季;同時(shí)也具有較大的空間變化,除Pb元素外,均為南城高于北城.降水中化學(xué)組分主要來(lái)源于地面揚(yáng)塵、建筑活動(dòng)、燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣和工業(yè)排放.大氣降水對(duì)大氣顆粒物的去除率受降水強(qiáng)度以及前一天空氣質(zhì)量的影響較大,且對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對(duì)粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關(guān)元素Mg和Ca去除效果明顯.

大氣降水；大氣顆粒物；化學(xué)組分；來(lái)源解析；去除率

大氣降水是大氣顆粒物的匯,其化學(xué)組分因能間接反映大氣污染的性質(zhì)、程度和來(lái)源而受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛關(guān)注.作為能反映大氣污染的環(huán)境因子,北京市大氣降水無(wú)疑已成為大氣污染與控制的重要內(nèi)容之一.早在 10年前,就有學(xué)者對(duì)北京市大氣降水進(jìn)行了研究.唐傲寒等[1]和胡敏等[2]研究了2003年北京市降水的離子化學(xué)組分及其對(duì)大氣顆粒物濃度的影響.金蕾等[3]研究了北京市 1987～2004年的濕沉降特征及其變化趨勢(shì).Yang等[4]研究了北京地區(qū)2001～2005年連續(xù)5年降水化學(xué)組分的變化規(guī)律.這些研究成果從側(cè)面反映了 10年前北京市大氣污染的狀況.

近10年來(lái),隨著北京市人口數(shù)量和機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長(zhǎng),以及一系列大氣污染與控制措施的實(shí)施,污染源發(fā)生了較大的變化,大氣污染類型也發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化,由此產(chǎn)生的大氣降水也不例外.如2010年北京市出現(xiàn)了罕見的沙塵天氣,此期間大氣降水中Ca2+和NO3顯著增加[5].北京市近年來(lái)機(jī)動(dòng)車尾氣排放的 NOx與造成降水酸化的 NO3的增長(zhǎng)具有顯著相關(guān)性[6].北京城鄉(xiāng)大氣降水化學(xué)組分的變化進(jìn)一步表明北京市大氣污染以二次污染和機(jī)動(dòng)車污染為主要特征[7].這些研究均以降水中離子組分為主要研究對(duì)象.由于降水中元素組分能較全面地反映大氣污染狀況,而目前相關(guān)研究報(bào)道甚少.因此,本文將對(duì)北京市2015年春夏季大氣降水元素化學(xué)組分、來(lái)源、以及對(duì)大氣顆粒物的影響進(jìn)行深入研究,以期為北京市大氣污染治理提供重要的科學(xué)理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集

1.1.1 大氣降水樣品 選取位于北京市西北二環(huán)和三環(huán)之間能代表北城區(qū)特點(diǎn)的北京師范大學(xué)(BNU)科技樓樓頂(距地面約35m)作為北城采樣點(diǎn),位于東南三環(huán)和四環(huán)之間能代表南城區(qū)特點(diǎn)的北京工業(yè)大學(xué)(BJUT)環(huán)化樓(距地面約15m)作為南城采樣點(diǎn).按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8]中的要求用自制采樣儀(將聚乙烯采樣袋內(nèi)襯于直徑為25cm的塑料桶中)于2015年3～8月,采取逢雨必采的原則,采集降水樣品,并同時(shí)采用雨量計(jì),記錄降雨量.樣品采集完后立即取適量樣品進(jìn)行pH 值的測(cè)定.另外取適量樣品采用孔徑為0.45μm的針筒式過(guò)濾頭進(jìn)行過(guò)濾,過(guò)濾液放置在冰箱中(4℃)保存,待測(cè).

1.1.2 大氣顆粒物樣品 采用美國(guó) URG-3000ABC 8通道中流量顆粒物采樣器以及直徑為 47mm 的 Whatman41#纖維素濾膜(英國(guó)Whatman公司生產(chǎn))在北師大采樣點(diǎn)于 2015年4、7月采集PM10和PM2.5樣品,每個(gè)樣品連續(xù)采集23h30min(每日8：00至次日7：30).采樣膜在采樣前后均放置于恒溫恒濕箱中(T=(20±2)℃, RH=(40±5)%)恒溫恒濕 48h,采用十萬(wàn)分之一天平(DENVER-TB-215D)進(jìn)行稱量.

1.2 化學(xué)組分分析

1.2.1 pH值 采用METTLER TOLEDO梅特勒pH計(jì)及時(shí)測(cè)定降水樣品的pH值,測(cè)量精度為0.01,每次測(cè)定前均進(jìn)行標(biāo)定,嚴(yán)格規(guī)范操作.

1.2.2 元素組分

(1)大氣降水 采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS,Agilent7500a)分析上述降水過(guò)濾待測(cè)溶液中24種元素濃度[9-10]：Na、Mg、Al、S、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Cd、Sb、Ce、Eu和Pb.

(2)大氣顆粒物 將采樣膜放入聚四氟乙烯消解罐中,分別加入3mL濃硝酸、1mL濃高氯酸和1mL濃氫氟酸,然后將消解罐放入微波消解儀中消解1.5h.隨后進(jìn)行趕酸處理,趕酸至消解罐內(nèi)剩余一小滴溶液后加入1mL濃硝酸,使用高純水定容到10mL試管中,放置冰箱中保存,待測(cè).整個(gè)過(guò)程嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制,保證樣品不受人為污染.

同理,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析上述待測(cè)溶液中24種元素.

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣降水量的時(shí)空變化

全年降水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(www.wunderground. com)顯示,北京市2015年全年降水量為346mm,其中春夏季 3～8月累計(jì)降水量為 255mm,占全年降水量的 74%,由此可見,北京市全年降水主要集中于春夏季.采樣期間,南城BJUT采樣點(diǎn)共采集到35場(chǎng)降水事件,累計(jì)降水量236.6mm,低于北京地區(qū)春夏季平均降水量,約占 93%.北城BNU采樣點(diǎn)共采集到18場(chǎng)降水事件,累計(jì)降水量 220.7mm,約占北京地區(qū)春夏季平均降水量的 86%,可見本研究所采集的降水樣品對(duì)研究北京市春夏季降水具有較好的代表性.兩個(gè)采樣點(diǎn)采集降水量的時(shí)空變化如圖1所示,南城和北城春夏季降水主要集中于夏季,分別占北京市春夏季總降水量的80%和77%,且南城降水量普遍大于北城,這可能與北城降水采集有幾場(chǎng)缺失有關(guān).

圖1 北京市2015年春夏季降雨量Fig.1 The rainfall in spring and summer of 2015 in Beijing

2.2 大氣降水化學(xué)組分變化特征

2.2.1 pH值的時(shí)空變化 南城BJUT降水樣品pH值的雨量加權(quán)平均值為6.26,其中春季為6.48,夏季為6.21.北城BNU降水樣品pH值的雨量加權(quán)平均值為6.08,其中春、夏季分別為6.34和6.01.可見兩個(gè)采樣點(diǎn) pH值均表現(xiàn)為春季高于夏季.有氣象數(shù)據(jù)顯示,2015年北京市春季3～5月,風(fēng)速較大,日均值為11km/h,相對(duì)濕度較低,為41%,而夏季6～8月,風(fēng)速較低,日均值為9km/h,相對(duì)濕度較高,為58%.干燥少雨且大風(fēng)天氣容易造成空氣中大氣顆粒物濃度的升高,致使北京市春季空氣中 PM10平均濃度為 120.6μg/m3,約為夏季69.0μg/m3的1.7倍.較高濃度的堿性顆粒物對(duì)降水的酸度具有重要的中和作用,因此造成春季降水pH值較高.此外,造成夏季降水pH值較低的原因可能與夏季降雨量較大,以及高溫高濕條件下有利于二次粒子的生成有關(guān).一方面,夏季降雨量較大,對(duì)大氣環(huán)境中堿性物質(zhì)稀釋作用明顯,削弱了降水中的中和反應(yīng),造成降水 pH值較低.另一方面,據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,北京市夏季 O3濃度較高,約為春季的1.3倍,在高溫、高濕、高氧化性條件下,有利于二次硫酸鹽和硝酸鹽的生成[11],而降水中硫酸鹽和硝酸鹽是主要的致酸因子[2],因此會(huì)造成夏季降水pH較低.

此外,降水pH值在南城BJUT和北城BNU相近,沒有表現(xiàn)出明顯的差異,說(shuō)明北京城區(qū)降水pH值沒有顯著的空間變化.

2.2.2 元素組分時(shí)空變化 富集因子法是用來(lái)判別大氣降水中地殼元素和人為污染元素的有效方法,其計(jì)算公式如下：

式中：EF(X)為元素X的富集因子;(CX/CR)雨水為降水中元素X與參考元素R的濃度比值;(CX/CR)地殼為地殼中元素X與參考元素R的豐度比值,CR為參考元素 R的含量.地殼中參考元素選用中國(guó)大陸華夏殼體[12]的元素豐度.參比元素的選擇必須滿足3個(gè)條件,即穩(wěn)定性、單一自然源、與其他元素密切相關(guān)[13],目前使用最廣泛的為Al元素,因此本文選用Al作為參比元素.目前,富集因子的判斷標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一[13],本文參考應(yīng)用比較廣泛的劃分標(biāo)準(zhǔn),將EF≤5,表示此元素主要來(lái)自地殼源,5＜EF≤10,表示此元素呈現(xiàn)輕度富集特征,受到輕微人為源影響;10＜EF≤100,表示此元素呈現(xiàn)中度富集特征,受到人為影響較大;EF＞100,表示此元素呈現(xiàn)嚴(yán)重富集特征,明顯受到人為因素的影響.

本研究中,Sc、Co和Eu在2個(gè)采樣點(diǎn)降水中均未檢出,As、Cd、Se、Mo、Cr和Sb在2個(gè)采樣點(diǎn)中檢出率很低,因此不做考慮.主要元素富集因子結(jié)果如圖2所示, Ti、Al、V、Fe、Ce元素的富集因子均小于5,表示主要來(lái)自地殼源;Sr、Mg、Ni和Na元素富集因子介于5～10之間,呈現(xiàn)輕度富集,表明受到輕微人為源影響.Ca、Mn、和Pb元素富集因子介于10～100之間,呈現(xiàn)中度富集,表示受到人為源影響較大;Cu、Zn和 S元素富集因子均大于100,甚至超過(guò)1000,呈現(xiàn)高度富集,表明嚴(yán)重受到人為因素的影響.

圖2 降水中元素富集因子Fig.2 Enrichment factors of major elements in precipitation

圖3 降水中元素季節(jié)變化特征Fig.3 Seasonal variations of major elements in precipitation

降水中主要元素濃度季節(jié)變化如圖3所示.在2個(gè)采樣點(diǎn),地殼元素Al和Fe含量較高,Ti、V、Ni和Ce含量較低;污染元素Ca和S含量最高,Na和Mg含量較高,Zn、Mn、Cu、Sr和Pb含量較低.這些元素除S外,均表現(xiàn)為春季大于夏季.這可能一方面春季多風(fēng)且風(fēng)速較夏季大,易造成大氣顆粒物中地殼元素濃度偏高而直接影響降水組分,另一方面夏季雨量較大,對(duì)大氣顆粒物沖刷程度增大的同時(shí)也對(duì)降水中元素濃度起到了稀釋作用[14],進(jìn)而使降水中地殼元素和污染元素濃度偏低.值的注意的是,由于降水中Ca2+是主要的堿性物質(zhì)之一,能夠有效中和降水中的酸性物質(zhì)[15],因此,春季降水中較高濃度的 Ca元素是使pH值較夏季偏高的重要因素.污染元素S則表現(xiàn)為夏季大于春季,夏季高溫、高濕易于二次硫酸鹽的生成是導(dǎo)致顆粒物中 S元素偏高的主要原因,大氣顆粒物中S元素濃度變化會(huì)直接影響到降水中的濃度水平.

為了比較兩個(gè)不同采樣點(diǎn)大氣降水化學(xué)組分的空間差異,使用自動(dòng)歸一化指數(shù)-發(fā)散系數(shù)(CD)對(duì)相同場(chǎng)次降水中化學(xué)組分進(jìn)行分析.CD計(jì)算公式如下[16]：

式中：j,k表示不同的采樣點(diǎn);i表示化學(xué)成分的種類;xij,xik表示不同采樣點(diǎn)化學(xué)成分 i在某個(gè)時(shí)段內(nèi)的平均濃度值 μg/L.CD值越接近于 0,表明發(fā)散系數(shù)越小,兩個(gè)不同采樣點(diǎn)化學(xué)組分的空間變化越小;越接近于 1,則空間差異越明顯.本文中p=15,分別為 Na、Mg、Al、S、Ca、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Cu、Zn、Sr、Ce和Pb.

表1 降水中元素空間變化特征Table 1 Spatial variations of major elements in precipitation

結(jié)果顯示,兩個(gè)采樣點(diǎn)春、夏季降水化學(xué)組分離散系數(shù)分別為0.32和0.46,表明兩個(gè)城區(qū)采樣點(diǎn)降水化學(xué)組分存在一定的差異,且南城普遍高于北城,如表1所示,除Pb元素外,其他元素在南城降水中的濃度均高于北城,說(shuō)明南城大氣污染略高于北城.這與趙晴等[17]、劉杰等[18]的研究結(jié)果相一致.這可能與北京市南、北城區(qū)功能定位以及周邊區(qū)域的影響有很大關(guān)系.在北京,北城區(qū)主要集中了各類學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)以及高新技術(shù)園區(qū),對(duì)大氣污染影響相對(duì)較小,而南城區(qū)實(shí)體工業(yè)企業(yè)分布較多,如制藥廠、污水處理廠、焦化廠、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等,對(duì)大氣環(huán)境影響較大.此外,位于北京周邊東南、南、西南部較發(fā)達(dá)城市,如天津、唐山、保定、石家莊等,其污染物的輸入對(duì)北京市大氣污染影響較大[19],容易加劇北京市南部城區(qū)的大氣污染,造成南城大氣污染高于北城的特點(diǎn).

2.3 來(lái)源解析

本研究去除降水中檢出率較低的元素,選擇15種主要無(wú)機(jī)元素,采用因子分析法,對(duì)其進(jìn)行來(lái)源解析,解析結(jié)果見表2.

表2 2015年春夏季北京市降水中化學(xué)組分因子分析結(jié)果Table 2 Factor loading matrix for chemical species of precipitation in Beijing in spring and summer of 2015

共提取出 4個(gè)因子,累積解釋了總變量的83.08%.因子1中Al、Ti、Fe、V和Ce元素荷載值較高,解釋了總變量的35.85%, 由于Al、Ti和Fe元素均是地面揚(yáng)塵的特征標(biāo)示元素[20],且均未發(fā)生富集現(xiàn)象,因此因子1與地面揚(yáng)塵有關(guān).因子2中Mg、S、Ca、Sr和Pb元素荷載值較高,共解釋總變量的26.34%,其中S、Sr和Pb元素是燃煤源的特征標(biāo)示元素[10,21],Ca和Mg元素是建筑塵的標(biāo)示元素[22-23],因此因子 2與燃煤源和建筑塵的混合源有關(guān).因子3共解釋總變量的13.01%,其中Ni元素表現(xiàn)為較高的荷載值,且為機(jī)動(dòng)車排放源的標(biāo)示元素[22],因此該因子可能與機(jī)動(dòng)車排放源有關(guān)[22-24].因子4中Cu元素的荷載值較高,解釋總變量的12.84%,由于Cu主要來(lái)自工業(yè)排放的廢氣[23-24],因此因子 4可能與工業(yè)排放源有關(guān).綜上所述,北京市春、夏季降水中元素主要來(lái)源于地面揚(yáng)塵、建筑塵、燃煤、機(jī)動(dòng)車排放和工業(yè)排放,這與王琴等[25]對(duì)北京市大氣污染物來(lái)源解析的研究結(jié)果相一致.

2.4 降水對(duì)大氣顆粒物的影響

降水作為大氣污染物重要的匯,對(duì)大氣顆粒物具有較好的去除效果[2,26-28].如圖4所示,北京市南城大氣降水對(duì)離采樣點(diǎn)最近的國(guó)控點(diǎn)天壇大氣顆粒物PM2.5和PM10的清除效果顯示,降水對(duì)大氣細(xì)顆粒物 PM2.5的去除率為-361.1%～91.6%,對(duì)大氣粗顆粒物 PM10的去除率為-270.0%～83.6%.其中降水強(qiáng)度以及降水前大氣顆粒物濃度是影響去除效果的重要因素.例如 5月28日降水量較小為 2.3mm,降水歷時(shí)較長(zhǎng),約 6h,降水強(qiáng)度較低,降水前一天 PM2.5平均濃度為81.0μg/m3,降水后 PM2.5平均濃度為 61.3μg/m3,去除率為24.3%;6月10日降水量為5mm,歷時(shí)1h40min,降水強(qiáng)度較高,降水前一天PM2.5平均濃度為 60.0μg/m3,降水后 PM2.5平均濃度為27.0μg/m3,去除率為55.0%;6月29日降水量較大為5.7mm,歷時(shí)約2h,降水強(qiáng)度略高于6月10日的降水,降水前一天PM2.5平均濃度為124.0μg/m3,降水后 PM2.5平均濃度為 13.0μg/m3,去除率達(dá)89.5%.同樣,大氣降水對(duì)PM10去除效果的影響因素也是如此.可見降水對(duì)大氣顆粒物的去除率不僅受降水強(qiáng)度的影響,還受降水前空氣質(zhì)量的影響.這是因?yàn)榻邓陂g,大氣邊界層較低,降水強(qiáng)度較小時(shí),大氣降水對(duì)污染物的沖刷作用較弱,容易造成污染物的累積,當(dāng)降水的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),且降水的沖刷作用小于污染物的累積過(guò)程時(shí),極易出現(xiàn)污染物濃度反而升高的趨勢(shì).降水強(qiáng)度較大時(shí),大氣降水對(duì)大氣污染物的沖刷作用較強(qiáng),能夠有效地去除大氣污染物,且降水前污染物濃度越高,去除效率也越高.

圖4 大氣降水對(duì)PM2.5/PM10的影響Fig.4 The influence of precipitation on PM2.5/PM10

同理,大氣降水對(duì)大氣顆粒物化學(xué)組分也具有同樣的影響.通過(guò)北城大氣降水中化學(xué)組分分別與降水前一天大氣顆粒物PM2.5和PM10中相應(yīng)化學(xué)組分的相關(guān)性分析(如圖5所示),大氣降水中化學(xué)組分與PM2.5中相應(yīng)組分的相關(guān)性表現(xiàn)為：Cu＞Zn/Mn＞Na＞Ti＞Mg＞Fe＞Al＞Pb＞Ca,其中相關(guān)系數(shù)大于0.6的為Cu、Zn、Mn和Na元素;而與 PM10相應(yīng)組分的相關(guān)性表現(xiàn)為：Al/Ca＞Mg＞Fe＞Ti＞Mn＞Na＞Cu＞Zn＞Pb,其中相關(guān)系數(shù)大于0.6的為Ca、Al和Mg元素,說(shuō)明大氣降水對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對(duì)粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關(guān)元素Mg和Ca去除效果明顯,這可能與Cu、Zn、Mn和Na等污染元素主要富集于細(xì)顆粒物中,而Al、Mg和Ca等地殼塵和建筑塵相關(guān)元素主要富集于粗顆粒物中有關(guān)[29-30].

圖5 大氣降水中化學(xué)組分與PM2.5/PM10中相應(yīng)組分的相關(guān)性Fig.5 The correlation of the chemical components in precipitation with those in PM2.5/PM10

3 結(jié)論

3.1 北京市全年降水主要集中于春夏季,而春夏季降水又主要集中于夏季,且南、北城夏季降水分別占春夏季總降水量的80%和77%.

3.2 春夏季大氣降水 pH在南、北城雨量加權(quán)平均值分別為6.26和6.08,均表現(xiàn)為春季高于夏季.

3.3 春夏季大氣降水中地殼元素Al和Fe含量較高,Ti、V和Ce含量較低.污染元素Ca和S含量最高,Na和Mg含量較高,Zn、Mn、Cu、Sr、Pb和Ni含量較低,其中Na、Mg、Sr和Ni元素呈現(xiàn)輕度富集,Ca、Mn和 Pb元素呈現(xiàn)中度富集;Cu、Zn和S元素呈現(xiàn)嚴(yán)重富集特征.

3.4 春夏季大氣降水中化學(xué)組分具有明顯的時(shí)空變化特征,二次污染元素S表現(xiàn)為夏季高于春季,而其它元素均表現(xiàn)為春季大于夏季.南北城降水中主要元素組分存在明顯的差異,除Pb元素外,均表現(xiàn)為南城高于北城.

3.5 春夏季降水中化學(xué)組分主要來(lái)源于地面揚(yáng)塵、建筑揚(yáng)塵、燃煤、機(jī)動(dòng)車排放和工業(yè)排放等.

3.6 大氣降水對(duì)大氣顆粒物的去除率受降水強(qiáng)度以及降水前一天空氣質(zhì)量的影響較大,且對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對(duì)粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關(guān)元素Mg和Ca去除效果明顯.

[1]Tang A, Zhuang G, Wang Y, et al. The chemistry of precipitation and its relation to aerosol in Beijing [J]. Atmospheric Environment, 2005,39(19)：3397-3406.

[2]胡 敏,張靜,吳志軍.北京降水化學(xué)組成特征及其對(duì)大氣顆粒物的去除作用 [J]. 中國(guó)科學(xué)(B輯化學(xué)), 2005,35(2)：169-176.

[3]金 蕾,徐 謙,林安國(guó),等.北京市近二十年(1987～2004)濕沉降特征變化趨勢(shì)分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2006,26(7)：1195-1202.

[4]Yang F, Tan J, Shi Z B, et al. Five-year record of atmospheric precipitation chemistry in urban Beijing, China [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2012,12(4)：2025-2035.

[5]李金香,李 峰.北京市一次沙塵過(guò)程中降水化學(xué)組分的監(jiān)測(cè)分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2012,32(12)：2149-2154.

[6]陳圓圓,田賀忠,楊懂艷,等.1997～2011年北京市空氣中酸性物質(zhì)與降水組分變化趨勢(shì)的相關(guān)性分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2013,34(5)：1958-1963.

[7]高曉棟,陳錫云,丁肇慰,等.基于降水化學(xué)的北京城鄉(xiāng)大氣污染物差異探析 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,35(12)：4033-4042.

[8]GB/T 13580.2-1992 大氣降水樣品的采集與保存 [S].

[9]張霖琳,王 超,刀 谞,等.京津冀地區(qū)城市環(huán)境空氣顆粒物及其元素特征分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014,34(12)：2993-3000.

[10]洪 也,馬雁軍,劉寧微.沈陽(yáng)冬季大氣顆粒物化學(xué)成分及其來(lái)源的分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010,33(6E)：292-296.

[11]張曉玲,趙秀娟,蒲維維,等.北京城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)大氣細(xì)顆粒PM2.5元素特征對(duì)比分析 [J]. 中國(guó)粉體技術(shù), 2010,16(1)：28-34.

[12]黎 彤,袁懷雨,吳勝昔,等.中國(guó)大陸殼體的區(qū)域元素豐度 [J].大地構(gòu)造與成礦學(xué), 1999,23(2)：2-8.

[13]張秀芝,鮑征宇,唐俊紅.富集因子在環(huán)境地球化學(xué)重金屬污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J]. 地質(zhì)科技情報(bào), 2006,25(1)：65-72.

[14]彭玉龍,王永敏,覃蔡清,等.重慶主城區(qū)降水中重金屬的分布特征及其沉降量 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,35(7)：2492-2496.

[15]Kyoung Lee B, Hee Hong S, Soo Lee D. Chemical composition of precipitation and wet deposition of major ions on the Korean peninsula [J]. Atmospheric Environment, 2000,34(4)：563-575.

[16]Zhang Z, Friedlander S K. A Comparative Study of Chemical Databases for Fine Particle Chinese Aerosols [J]. Environmental Science & Technology, 2000,34(22)：4687-4694.

[17]趙 晴,賀克斌,馬永亮,等.北京及周邊地區(qū)夏季大氣顆粒物區(qū)域污染特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2009,30(7)：1873-1880.

[18]劉 杰,楊 鵬,呂文生.北京大氣顆粒物污染特征及空間分布插值分析 [J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2014,36(9)：1269-1279.

[19]丁國(guó)安,陳尊裕,高志球,等.北京城區(qū)低層大氣PM10和PM2.5垂直結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力特征 [J]. 中國(guó)科學(xué)(D 輯：地球科學(xué)), 2005, 35(增刊I)：31-44.

[20]房春生,陳分定,陳克華,等.龍巖市大氣顆粒物來(lái)源統(tǒng)計(jì)分析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(2)：214-219.

[21]仇 帥,張愛濱,劉 明.青島大氣總懸浮顆粒物中微量元素的含量特征及其來(lái)源解析 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,35(6)：1667-1675.

[22]宋 宇,唐孝炎,方 晨,等.北京市大氣細(xì)粒子的來(lái)源分析 [J].環(huán)境科學(xué), 2002,23(6)：11-16.

[23]鄒本東,徐子優(yōu),華 蕾,等.因子分析法解析北京市大氣顆粒物PM10的來(lái)源 [J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 2007,23(2)：79-85.

[24]楊衛(wèi)芬,銀 燕,魏玉香,等.霾天氣下南京PM2.5中金屬元素污染特征及來(lái)源分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2010,30(1)：12-17.

[25]王 琴,張大偉,劉保獻(xiàn),等.基于PMF模型的北京市PM2.5來(lái)源的時(shí)空分布特征 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2015,35(10)：2917-2924.

[26]韓 燕,徐 虹,畢曉輝,等.降水對(duì)顆粒物的沖刷作用及其對(duì)雨水化學(xué)的影響 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2013,33(2)：193-200.

[27]楊 雪,張 群.南京市大氣降水對(duì)空氣質(zhì)量影響研究 [J]. 科技視界, 2014(30)：278-279.

[28]王 瑛,朱 彬,康漢青,等.氣溶膠云下清除理論及觀測(cè)研究[J]. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào), 2014,31(3)：306-313.

[29]謝華林,張 萍,賀 惠,等.大氣顆粒物中重金屬元素在不同粒徑上的形態(tài)分布 [J]. 環(huán)境工程, 2002,20(6)：55-57.

[30]方鳳滿.中國(guó)大氣顆粒物中金屬元素環(huán)境地球化學(xué)行為研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010,19(4)：979-984.

Studies on precipitation and its effects on atmospheric environment in Beijing in spring and summer.

HAN Li-hui*,ZHANG Hai-liang, ZHANG Peng, XIANG Xin, CHENG Shui-yuan, WEI Wei (Key Laboratory of Beijing on Regional Air Pollution Control, College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China). China Environmental Science, 2017,37(6)：2047～2054

A campaign of sampling atmospheric precipitation and particulate matter samples in Beijing in both spring and summer of 2015 was carried out to investigate the physical and chemical characteristics, temporal and spatial variations and sources of precipitation and its impacts on atmospheric particulate matter. A large amount of rainfall in spring and summer mostly occurred in summer. The volume-weighted mean (VWM) pH value of rainwater in the south of Beijing in spring and summer was 6.26, a little higher than that of 6.08 in the north, indicating that the rainwater in Beijing was largely non-acidic. At the same time, the VWM pH in spring was higher than that in summer in Beijing. The concentrations of major crustal elements in rainfall such as Al and Fe, were relatively high, while Ti, V and Ce were relatively low. The concentrations of major pollution elements in rainwater such as Ca and S, were much high, Na and Mg were relatively high, but Zn, Mn, Cu, Sr, Pb and Ni were relatively low, of which Na, Mg, Sr and Ni were lightly enriched in rainwater, Ca, Mn and Pb were enriched, and Cu, Zn and S were heavily enriched in rainwater. Furthermore, the concentrations of major elements in rainwater displayed the significant seasonal variations, of which the concentration of secondary pollution element S in summer was higher than that in spring, while the concentrations of the others in spring were higher than those in summer. The important spatial variations of major elements in rainwater have been shown, of which the concentrations of major elements in the south of Beijing, except for Pb, were higher than those in the north. The chemical compositions of precipitation were mainly from crustal dust, construction activities, coal combustion, vehicle emission and industrial emission. The scavenging effect of precipitation to aerosol particles and their components from the air was generally impacted by the rainfall intensity and the concentrations of pollutants before precipitation events. Theprecipitation could effectively scavenge pollution elements in fine particle PM2.5, such as Cu, Zn, Mn and Na, and crustal element Al, and Mg and Ca from construction dust in coarse particle PM10.

precipitation；atmospheric particulate matter；chemical composition；source identification；scavenging rate

X517

A

1000-6923(2017)06-2047-08

韓力慧(1964-),女,山西太原人,副教授,博士,主要研究方向?yàn)榇髿馕廴九c防治.發(fā)表論文20余篇.

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》喜獲中國(guó)科協(xié)精品科技期刊TOP50項(xiàng)目資助

2016-11-20

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409003);國(guó)家留學(xué)基金委資助項(xiàng)目(201406545022);北京市教委項(xiàng)目(PXM2016_014204_ 001029_00205967_FCG)

? 責(zé)任作者, 副教授, hlh@bjut.edu.cn

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》2015年6月獲得中國(guó)科協(xié)精品科技期刊TOP50項(xiàng)目資助.中國(guó)科協(xié)精品科技期刊TOP50項(xiàng)目按照“以獎(jiǎng)促建”的原則,通過(guò)以獎(jiǎng)代補(bǔ)方式,遴選支持一批高端精品科技期刊,形成學(xué)科導(dǎo)航期刊集群.推動(dòng)其加快成長(zhǎng)為促進(jìn)科技知識(shí)生產(chǎn)傳播的重要渠道、促進(jìn)學(xué)術(shù)交流的重要平臺(tái)和促進(jìn)學(xué)術(shù)生態(tài)建設(shè)的苗圃花壇,為我國(guó)科技期刊的發(fā)展發(fā)揮示范引領(lǐng)作用.經(jīng)過(guò)專家評(píng)審和公示,最終確定入選的期刊均為學(xué)術(shù)影響力強(qiáng)、引證指標(biāo)好、在學(xué)術(shù)交流與學(xué)科建設(shè)中起到重要作用、服務(wù)科技工作者成效顯著、學(xué)術(shù)出版道德規(guī)范的優(yōu)秀中文科技期刊.