南京市大气降水对空气质量影响研究

杨 雪张 群

（1.江苏省环境监测中心，江苏 南京210036；2.南京市环境监测中心站，江苏 南京210036）

大气中的颗粒物自然清除有三种方式，雨除和降水冲刷的方式是其中之一。大气降水对空气中的污染物存在一定的净化作用，不同降水级别对空气质量的影响存在一定差异。研究南京市大气降水对其空气质量的影响，可为空气污染防治提供决策依据，另外，能更了解不同天气形势下空气质量特征，为以后空气质量预报工作奠定基础[1]。

1 采样与分析

1.1 降水样品采集与分析

降水样品的采集与处理方法遵循《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165-2004）。

1.2 降水级别的规定

根据单次降水过程降水量的大小，将降水划分为4个等级，分别是暴雨（50～100mm），大雨（25～50mm），中雨（10～25mm），小雨（0.1～10mm）。

1.3 空气中各项污染物监测方法均遵循国家标准，美国API公司的SO2和NOX分析仪监测SO2和NO2，SO2为紫外荧光法，NOX为化学发光法；使用METONE BAM 1020颗粒物在线监测仪监测PM2.5，方法为β射线法[2]；使用气溶胶在线离子分析仪Marga对空气中PM2.5颗粒物中的水溶性离子成分进行监测与分析。

2 数据来源

降水资料来源于南京市2013年城区五个降水监测点位逢雨测得的数据；污染物资料来源于城区九个国控点全年自动监测数据；PM2.5离子组分资料来源于省环境监测多参数站Marga设备监测数据。

3 降水对空气质量影响

3.1 降水对空气的净化作用

3.1.1 降水日与非降水日空气主要污染物浓度对比

统计南京市降雨日和非降雨日的同时段中SO2、NO2、PM2.5和PM10的平均浓度，非降雨日四项污染物平均水平分别为40、58、83和149μg/m3，降雨日四项污染物平均水平分别为24、47、59和98μg/m3，非降雨日空气中污染物的平均浓度均比降雨日的要高，其中降水对SO2的影响最大，降雨日比非降雨日下降40.0%，对PM2.5和PM10的影响均在30.0%左右，对NO2的影响最小，为19.0%。

3.1.2 不同级别降水对空气污染物的冲刷

取重污染天气和平时正常天气的污染物监测样本，结合降水时间段，分析雨前和雨后空气中主要污染物的浓度变化。

南京市重污染日降水前SO2浓度介于40～90μg/m3，正常日降水前SO2浓度为20～40μg/m3，不论降水量大小，降水对SO2的冲刷效率基本在40%以上，小雨时冲刷效率略小。重污染日降水对SO2的平均冲刷效率略低于正常日。

重污染日降水前NO2浓度介于81～135μg/m3，正常日降水前NO2浓度为28～55μg/m3，不论降水量大小，降水对空气中NO2的冲刷效率约在20%～60%。

重污染日降水前PM2.5平均浓度约为160μg/m3以上，PM10平均浓度约为260μg/m3，降水量大于10毫米时，对PM2.5和PM10的冲刷效率平均在50%以上，冲刷作用明显，当降水量小于5毫米时，颗粒物可能会有吸湿增长，冲刷作用不明显；正常日降水前PM2.5平均浓度约为60μg/m3，PM10平均浓度约为100μg/m3，同样当降水量在大于10毫米时，对颗粒物的冲刷效率较为明显，且比重污染时更明显，冲刷效率平均在60%以上，当降水量小于5毫米时，颗粒物可能会有吸湿增长，冲刷作用不明显。

表2 正常天气南京市降水前后空气污染物浓度对比

综合上述分析，同时查看降水前后污染物浓度对比表，可总结得出：（1）无论是重污染日还是正常日，降水对空气中的污染物有不同程度净化作用；（2）当降水少于5毫米时，降水对空气中的颗粒物净化作用不大，甚至可能导致颗粒物的吸湿增长，反而使颗粒物浓度升高；（3）当雨量中等时，降水对PM2.5的净化率一般小于对PM10的净化率；当暴雨时，降水对PM2.5和PM10的净化率均在70%以上；（4）重污染天气时，降水对空气中的NO2的净化作用不明显，一场降水过后，NO2浓度仍然偏高（表1、表2）[3]。

3.2 降水前后PM2.5中水溶性离子变化

为了研究南京市降水前后大气中PM2.5的水溶性离子的变化情况，故取同一测点四个季节的降水样本、PM2.5水溶性离子监测结果进行处理和研究，得出细颗粒PM2.5的水溶性离子成分主要是SO42-＞NO3-＞NH4+＞Cl-＞Ca2+＞K+＞Na+＞Mg2+。降水中的离子组分除F-外，主要是SO42-＞NO3-＞Ca2+＞NH4+＞Cl-＞K+＞Na+＞Mg2+。由于Ca2+主要是存在粗颗粒中，故在PM2.5中的比重略小，但Ca2+仍然是PM2.5中的主要阳离子之一，南京市PM2.5的主要水溶性离子和降水中的离子成分基本一致（图1、图2）。

图1 PM2.5中水溶性离子分布

图2 降水中离子浓度分布

降水对PM2.5中的水溶性离子有一定的削减作用，其中对SO42-、NO3-、NH4+、Cl-和K+的削减效率尤为明显，其削减比例均在30%～50%之间。从四季样本雨前、雨后水溶性离子浓度变化情况来看，春夏季雨水对PM2.5中的离子冲刷作用没有秋冬季明显，甚至有SO42-、NH4+、NO3-雨后浓度还高于雨前的情况，这与春夏季空气中的气态污染物的浓度水平本来就很低，且分布很均匀有关。而2013年的秋冬季，受我国中东部雾霾天气和秸秆焚烧共同影响，南京市频发空气重污染天气，空气中PM2.5的浓度偏高，一场降雨后，不论是PM2.5还是其中的水溶性离子浓度都极速下降（图1）[4]。

图3 降水前后PM2.5中水溶性离子浓度变化

［1］耿丽梅，王喜红，王剑平，等.大气降水对环境空气净化之研究[J].洛阳工业高等专科学校学报，2004，14（1）：51-53.

［2］GB3095-2012环境空气质量标准[S].

［3］韩燕，徐虹，毕晓辉，等.降水对颗粒物的冲刷作用及其对雨水化学的影响[J].中国环境科学，2013，33（2）：193-200.

［4］霍铭群，孙倩，谢鹏，等.大气颗粒物和降水化学特征的相互关系[J].环境科学，2009,30（11）：3160-3165.