大气溶解有机碳湿沉降及其在海洋碳中和中的作用

本文系统总结了近几十年来国内外关于大气降水DOC的研究进展,主要包括以下3个方面:大气降水DOC的丰度与生物可利用性、降水DOC浓度和湿沉降通量的时空分布特征及其影响因素、DOC湿沉降的生态环境效应,并展望未来的发展方向.结果表明,降水DOC的化学组分异常复杂,以低分子量有机酸、氨基酸、尿素等为主,具有较高的生物可利用性;不同地区降水DOC的浓度和湿沉降通量具有显著的时空差异,主要受控于排放源、排放强度以及复杂的气象条件;大气中的DOC可影响气溶胶和降水的性质(酸雨),沉降至冰雪表面的DOC会加速冰川融化;同时,湿沉降带来的DOC输入可加富表层海水的有机碳水平,其中的活性DOC可促进海洋生态系统次级生产力的提高,而惰性成分则可贡献海洋惰性溶解有机碳库,有利于碳封存并增强海洋碳汇,助力“海洋负排放”和“碳中和”目标的实现.未来的研究应持续注重开发利用先进仪器设备开展降水DOC化学成分的精准量化识别,以更深刻地认识降水DOC的生物可利用性及惰性特征;同时,开发利用新型数值模拟技术以深入开展全球尺度不同性质降水DOC湿沉降通量及其时空异质性研究,并量化大气DOC的间接湿沉降通量,在此基础上重点阐明大气DOC湿沉降作为新型路径之一对提高全球海洋碳封存的潜力,以期深入认识大气沉降在全球碳循环和海洋“碳失汇”研究中的作用和地位.

酸雨形成机制与阳离子组成特征的综合分析

本文深入分析了酸雨形成的机制及其阳离子组成特征,旨在揭示这一环境问题的复杂性和多维性。通过对4年降水数据的详细分析,探讨了酸雨中主要酸性物质(如硫酸和硝酸)的来源、化学转化过程以及与阳离子(如钙、镁、钾等)的相互作用。研究发现,酸雨的形成受到多种因素的影响,包括工业排放、交通排放和气候变化等,而阳离子组成的变化则反映了环境条件的变动及其对酸雨化学性质的调节作用。本文的发现不仅为理解酸雨对环境及人类活动的影响提供了新的视角,也为制定更有效的环境保护措施提供了科学依据。

沈阳市大气降水污染与沉降特征的城郊差异

为了解沈阳地区大气降水污染与沉降特征的城郊差异,对2018~2022年沈阳市铁西区站点(城市)和苏家屯站点(郊区)降水样品的电导率、pH值和各种水溶性离子浓度及其沉降量进行了研究.结果表明,观测期间两站点平均pH值分别为7.12(6.09~8.36)和7.11(5.88~8.19),均呈碱性,无酸性降水.城郊站点的降水电导率和总水溶性离子平均浓度差异不大,2018~2022年期间整体呈现下降趋势.沈阳两站点的相对酸度(FA)均值为0.0004,(Ca^(2+)+NH_(4)^(+))/(SO_(4)^(2-)+NO_(3)^(-))均值分别达到了1.57和1.61,表明碱性离子的中和能力较强.大气降水中NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)的比值介于0.41~0.58,SO_(4)^(2-)-S湿沉降量分别是NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N沉降量的1.14倍~2.20倍,表明沈阳大气降水主要以硫沉降为主.城市站的无机氮沉降量总体上高于郊区站,其中NH_(4)^(+)-N平均沉降量分别是NO_(3)^(-)-N的1.74和1.78倍,说明沈阳市大气降水中的无机氮以还原态氮占主导,这主要与汽车尾气、城市绿地养护、人体排泄物以及郊区频繁的农业活动相关.

胶州湾大气降水水溶性离子组成特征及来源解析

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入的贡献和潜在生态效应,并利用气团后向轨迹和正定矩阵因子分解法(PMF)解析其主要来源.结果表明,观测期间,胶州湾大气降水雨量加权平均(Volume-weighted Mean,VWM)pH为6.41,电导率的VWM值为19.3μS/cm,降水中水溶性离子以Na^(+)、NH^(4+)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)为主,在季节上呈现出冬春季浓度明显高于夏秋季的特征,而湿沉降通量则因受降水量的控制而主要集中在夏季(约占55%).胶州湾区域大气降水共清除7274.6t水溶性离子,营养盐(主要为NH^(4+)和NO_(3)^(-),以氮计)沉降入海量达951.9t/a,表明降水在清洁大气的同时也加剧了海洋环境的污染和海洋生态系统的失衡.气团后向轨迹分析得到了观测期间控制胶州湾降水的4类主要气团,在不同季节,降水过程受到不同气团的影响,其中以来自华东地区和东北方向的气团的影响较大.基于PMF的源解析结果显示,胶州湾大气降水水溶性离子受到农业源、海洋源、扬尘源、生物质和垃圾燃烧源、工业和交通源5种来源的共同控制,其中以农业源排放的贡献最为突出(26.7%),而其他4种源的贡献大致相当.研究证实胶州湾大气环境受到复杂人为源排放、矿物沙尘以及海洋源排放的综合制约,而人为排放的贡献占主导地位.

典型黑色页岩地区土壤风化速率及潜在生态效应研究

风化条件作用下,黑色页岩富含的重金属元素释放到周围环境中,会造成土壤重金属的超标富集,从而形成重金属地质高背景区。为了了解黑色页岩地质高背景区重金属风化富集过程和特征,本研究以浙西地区典型寒武系黑色页岩区土壤为研究对象,运用PROFILE模型定量计算土壤剖面化学风化速率,并以此评估重金属释放速率,同时对该地区的土壤重金属潜在生态效应进行了评估。研究结果表明,土壤的化学风化速率为62.95~412.62 mmol/(m^(2)·a),盐基阳离子(Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)和K^(+))的释放速率为97.47~806.16 mmol/(m^(2)·a)。黑色页岩土壤中碳酸盐含量的大小对风化速率强弱的影响比较大。研究区土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的平均释放速率分别为31.25、18.79、135.65、65.14、0.15、28.02和367.35 mmol/(m^(2)·a)。土壤的重金属浓度和盐基阳离子浓度(CBCt)对重金属释放速率的影响较大,盐基阳离子释放速率(RBC)对重金属释放速率的影响较小。研究区重金属综合潜在生态风险指数平均值为961.89,Cd的潜在生态风险指数最高,贡献率在53.44%~99.70%之间。

2000~2021年中国典型地区大气降水化学与沉降特征

基于2000~2021年中国东北、华北、华东、东南、西北、西南6个区域10个城市的大气降水组分资料,针对各地区降水量、pH值、降水电导率、水溶性离子浓度及其氮硫湿沉降特征开展了长期变化特征研究,分析了典型地区降水组分的离子中和特性.结果表明:2000~2021年中国各研究站点pH值总体呈上升趋势,但重庆和上海地区的年均pH值至今未达到5.6.济南、西安和重庆站电导率呈现出较明显的下降趋势.西北地区陆源性特征较为明显,Ca^(2+)浓度较高(可达1035.2μeq/L);NO_(3)^(-)浓度在重庆地区有上升趋势,这与城市机动车保有量的逐年增长有关;而NH_(4)^(+)在各个地区均有下降;东南地区受海盐影响,Na^(+)和Cl^(-)的浓度相对较高.西北和西南地区的硫、氮湿沉降量明显高于东南地区,NH_(4)^(+)-N/NO_(3)^(-)-N各地区均呈下降趋势,但该比值年平均值均大于1,说明大气降水中氮沉降以还原态氮为主.东南地区的降水酸度相对较高,然而酸性离子(SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-))浓度却较低,说明降水酸度还会受到碱性离子(Ca^(2+)和NH_(4)^(+))的影响.在厦门和西安NO_(3)^(-)、NSS-SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)浓度年变化很小,而pH值、中和潜力和酸化潜力的比值(NP/AP)有明显上升趋势;但西安NP/AP值明显较高,反映西安土壤尘埃中的中和能力比东南地区强.

2016—2022年云南思茅酸雨变化特征分析

利用云南省思茅地区2016—2022年酸雨观测资料和气象资料,结合后向轨迹和聚类分析方法,对思茅地区酸雨的变化趋势和来源进行分析,结果表明:2016—2022年思茅地区降水除2020年外,呈现pH年均值整体升高、酸雨频率下降的趋势,表明该地区酸雨状况正在逐步好转;月均pH值与月降水量基本一致,呈现夏季高、冬季低的特征,月酸雨频率夏季最低,冬季最高;风向对思茅地区的酸雨频率具有明显影响,静风条件下酸雨频率最高,E-ESE-SE-SSE来向的风、SSW-SWWSW-W来向风导致的酸雨频率较高,结合后向轨迹分析表明,思茅地区周边的缅甸、越南、老挝等国家烧荒等引起的污染物输送是影响思茅地区酸雨的重要原因。

2015-2022年四川省酸雨特征及影响因素分析

通过统计四川省2015—2022年降水监测数据,分析四川省酸雨变化规律、各离子成分特征,并对可能的影响因素进行探讨。结果表明:四川省降水酸度明显降低,酸雨污染逐步好转,酸雨频率由16.5%降至2.6%,SO_(4)^(2-)与NO_(3)^(-)当量浓度(离子质量浓度和离子价态的乘积与离子摩尔质量的比值)比从2015年2.4降至2022年的1.6。对比分析2016—2021年全省大气污染物排放量及排放源可知,NOx和SO_(2)的减排是近年来全省酸雨污染减轻的主要因素,四川省酸雨已由“十二五”的“硫酸型”为主逐步转变为“硫酸-硝酸混合型”。四川省酸雨污染具有明显的季节性特征,秋、冬季节是酸雨污染最明显的时期,控制这两季大气污染物排放对减轻酸雨污染具有重要作用。酸雨污染与地区经济发展仍有紧密联系,酸雨频率较高的区域主要是川南经济区和攀西经济区,NOx对酸雨的贡献越来越大,做好污染物源头治理对于防治和减轻区域酸雨有重要意义。

近12a江西省酸雨时空变化及受酸性气体影响研究

基于2010-2021年江西省酸雨观测数据及大气污染物排放数据,采用GIS空间插值等方法,分析讨论了江西省酸雨时空变化特征及大气污染物变化情况,以期为江西省实现社会经济与环境之间的协调可持续发展提供理论支撑.结果表明:Ⅰ2010-2021年江西省酸雨污染状况整体减弱,降水年均pH值从4.9上升到5.5,酸雨频率从78%下降到25%.夏秋季节酸雨污染程度较低,春冬季节相反;Ⅱ江西省酸雨空间分布特征明显,赣东北地区酸雨出现频率高,呈东北-西南走向.酸雨情况从第一季度到第三季度,除九江、宜春外,其余城市酸雨情况均加重,其中赣南地区加重程度明显,且各地级市酸雨污染情况月份特征显著;Ⅲ大气SO_(2)浓度下降比例与酸雨频率下降比例高度拟合,且与降水年均pH值的线性相关程度最高,是影响江西省酸雨发生的主要原因之一.SO_(2)、NO_(X)工业排放量下降是影响江西省酸雨污染减轻的主要因素.

中国气象局酸雨网基本资料数据集及初步分析

1989年至今,中国气象局陆续建立起包括88个站点的酸雨监测网,它是我国唯一全国性的、监测区域大气酸沉降的业务站网,覆盖了我国除台湾以外的全部省、市、自治区,目前已积累了包括各站点每场降水的pH值、电导率和部分降水化学等大量资料。所获得的酸雨资料基本反映我国大气背景条件下的湿沉降时空分布特征。十几年来,我国酸雨发展状况大致经历两个阶段:从20世纪80年代到90年代中期为我国酸雨急剧发展期;90年代中后期到21世纪初不同地区降水年平均pH值有升有降,总的趋势是进入相对稳定期,但我国的酸雨形势仍不容乐观。20世纪90年代已获得的降水化学资料包括SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+月、季变化,以及H+、SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+月、季湿沉降量特征和酸性气体SO2、NO2月、季变化和干沉降特点等。其时空分布特征在大气化学、大气环境、区域气候研究等方面发挥了重要作用,然而仍有必要尽快更新已有的资料。

2001～2003年间北京大气降水的化学特征

为了了解北京大气降水的化学组成与时间变化特征,连续进行了2年的降雨采样与分析.在65个降雨样品中,12%的降水呈酸性;全年降水的酸度主要取决于夏季的降水.SO42-、NH4+与Ca2+是含量最丰富的组分,其平均浓度均接近或超过200礶q/L.比较分析表明,在近几年,SO42-对降水酸度的贡献显著降低,降水的硫污染特征减弱,而NO3-的贡献显著增加.人为污染元素和地壳元素的浓度均在冬春季较高,在夏季最低.

中国酸雨研究现状

中国酸雨区是继欧洲和北美之后的世界三大酸雨区之一,迫切需要科学有效的酸雨污染控制对策和措施,而及时总结酸雨研究现状是科学控制酸雨的重要基础.综述了近年来中国酸雨的研究发展历程、空间分布特征、成因和控制对策的研究结果.结果表明:中国降水化学组成仍属硫酸型,但正在向硫酸-硝酸混合型转变;南方酸雨区范围无明显变化,北方酸雨区继续扩展;强酸雨区范围为1994年以来最大,但酸度有所减弱;总体来看,与过去几年相比,2008年全国酸雨形势有所恶化.最后对酸雨成因和控制对策进行了概述.

用稳态法确定中国土壤的硫沉降和氮沉降临界负荷

在地理信息系统支持下 ,用稳态法确定了中国土壤的硫沉降临界负荷和氮沉降临界负荷 .中国硫沉降临界负荷最小 [<0 3g·(m2 ·a) - 1]的地区主要分布在东北的大兴安岭、小兴安岭和长白山 ,青藏高原南部雅鲁藏布江河谷以及云南西南部怒江和澜沧江流域 ,而酸沉降污染较为严重的富铝土区域 ,总体上都能够承受 0 8～ 3 2 g·(m2 ·a) - 1的酸沉降 .根据硫沉降临界负荷可以将中国大致划分为东南和西北 2部分 ,东南部大部分地区只能接受小于 3 2 g·(m2 ·a) - 1的硫沉降 ,而西北部普遍可以接受大于 3 2 g·(m2 ·a) - 1的硫沉降 ,其分界线基本上与4 0 0mm等降水量线重合 .与硫沉降临界负荷的分布不同 ,中国氮沉降临界负荷在总体上呈现自西向东逐渐增加的格局 .中国氮沉降临界负荷最低 [<1 0 g·(m2 ·a) - 1]的地区分布青藏高原西部和阿拉善高原 ,而氮沉降临界负荷最高 [>4 0 g·(m2 ·a) - 1]的地区则包括东北平原、华北平原。

酸沉降对重庆南山森林生态系统土壤和植被的影响

酸沉降现象在重庆南山地区已造成长期严重的环境污染。笔者根据东亚酸雨监测网土壤和植被监测技术规范方法 ,研究了酸沉降对森林生态系统土壤和植被的影响和危害。通过对土壤的分析表明 :5个采样点的土壤pH值较低 ,A层均值为 3 74,B层均值为 4 2 0 ,盐基饱和度(BS)的均值小于 10 % ,盐基离子交换量 (CEC)A层为 78 1～ 88 6mmol kg ,B层为 61 1～ 65 1mmol kg ,土壤中含有较高的Al3+ 可能与大气中S和N的输入有关 ,并导致了土壤酸化。土壤中C N较低 ,A层接近 12 0 ,并且随土层的加深而下降 ,说明在亚热带湿润气候条件下有机质层分解良好。通过对植被的分析表明 。

我国东部沿海地区酸雨来源研究

１９９２～１９９５年间在我国东部沿海地区进行了降水和气象观测，分析了降水的酸度和化学组成与降水采样时的来流方向的关系，计算了丹东凤凰山和泗礁岛采样时的后推气流轨迹。发现我国东部沿海地区出现酸性很强的酸雨，推断酸雨来自周边国家和地区。由于当地地理位置和气象条件的差异，不同的时间和不同空间里影响的程度也不同。北方沿海的图们和丹东凤凰山的酸雨主要来自朝鲜半岛和日本。东南沿海地区则较为复杂。

北京地区酸雨特征及影响因素

利用2003—2008年北京地区3个酸雨观测站(北京市观象台、昌平站、上甸子站)的酸雨观测资料并结合探空及大气成分资料,分析了近年来北京地区的酸雨变化特征,研究了不同气象条件和大气污染物对酸雨的影响。结果表明:2003—2008年降水平均pH值均小于5.6,且近6年来,降水pH值呈波动下降的趋势。北京地区夏、秋两季降水平均pH值及K值较春、冬季节低;pH值及K值随降水量的增大呈下降趋势,而强酸雨频率则随降水量的增大呈上升趋势;在偏南气流影响下,降水酸度增强且酸沉降量大,酸雨污染严重;当连续发生逆温状况时,酸雨出现频率增大;大气污染物SO_2,NO_2,PM_(2.5)的浓度与降水pH值成负相关关系,说明近地层污染物浓度对降水酸度有重要影响。

我国酸雨和二氧化硫污染控制历程及进展

介绍我国酸雨和二氧化硫污染的发展和现状，回顾我国酸雨和二氧化硫污染的控制历程，特别是近年来为控制酸雨污染所采取的法律、管理和技术措施，概述我国酸雨控制所取得的进展，并提出酸雨和二氧化硫污染的未来控制目标和实施保障。

2003—2018年全国酸雨状况变化趋势研究

基于2003—2018年全国291个城市降水监测结果的分析表明:全国降水酸度明显降低,其中,2003—2006年有所升高,2006年之后呈降低趋势;酸雨区面积呈减小趋势,共减少约97万km2,酸雨发生频率超过5%的面积减少了20.9个百分点;全国酸雨城市比例为21.3%~40.9%,2009年开始总体呈下降趋势,2018年降为21.6%,重酸雨城市比例在2005年之后总体呈下降趋势;全国平均酸雨频率为11.7%~25.6%,2006年之后总体呈下降趋势,2018年酸雨频率在50%以上的城市比例较2006年下降了13.9个百分点。基于174个城市的降水离子组分分析结果显示:我国降水中的主要阴离子为硫酸根,其离子当量浓度占比为19.4%~32.9%,2003年以来年平均降低0.6个百分点;降水中的主要阳离子为钙离子和铵离子;硫酸根沉降通量年平均下降0.68 t/km^2,硝酸根沉降通量年平均降低0.05 t/km^2,全国SO2浓度变化趋势与硫酸根沉降通量变化趋势基本一致;我国降水中的硝酸根与硫酸根离子当量浓度比值总体呈升高趋势,表明硝酸根离子对降水酸度的影响逐渐增加,酸雨类型正由硫酸型向硫酸-硝酸混合型转变。

湖南省酸雨变化特征、现状及成因分析

依据湖南省1993—2000年监测酸雨的数据资料,对湖南省酸雨的变化特征、分布及目前的状况和成因进行了分析。结果表明,湖南省降水pH值小于5 0的强酸性降水地区主要分布在湘中南和西南部,弱酸性降水区则分布在湘中地区;除怀化和洪江两地外,湖南降水阴阳离子基本平衡;湖南地区降雨为典型的硫酸型降雨,酸雨的形成主要受局地源的影响,其次是土壤、地形、气候和中远距离的输送等自然因素的作用。笔者认为能源结构和工业污染物等社会因素在酸雨的形成中具有决定性的作用。

电力行业多污染物协同控制的环境效益模拟

为定量分析电力行业多污染物协同控制与区域复合型大气污染之间的定量关系,评估不同控制情景下的环境质量效益,应用CMAQ空气质量模型分别对2008年基准排放情景、2015年和2020年目标控制情景的硫、氮沉降及PM2.5污染状况进行模拟.结果表明:2015年和2020年我国陆地硫沉降总量将由2008年的678.87×104t分别降至602.02×104和578.26×104t,降幅分别为11.32%和14.82%,平均每减排1 t SO2可减少0.2～0.3 t硫沉降;2015年和2020年的陆地氮沉降总量将由2008年的1 064.67×104t分别降至1 042.02×104和1 037.06×104t,仅分别降低了2.13%和2.59%,但重度氮沉降区域明显缩小,2015年和2020年氮沉降强度大于5 g/m2的区域将比2008年分别降低17.12%和22.01%;2015年和2020年ρ(PM2.5)年均值超过GB3095─2012《环境空气质量标准》二级标准(35μg/m3)的国土面积分别仍将高达289.14×104和286.68×104km2,与2008年(298.99×104km2)相比,降幅分别为3.29%和4.12%,但重污染区域显著减少,并且ρ(PM2.5)年均值超过70μg/m3的区域将比2008年减少9.31%和12.41%.