瓦里关地区冬春季大气颗粒态汞的分布特征

李宝鑫++王宁章++东元祯++李明

摘 要：在连续观测并得到了瓦里关本底站2009年12月28日到2010年5月11日的大气颗粒态汞（PBM）的浓度值的基础上，结合此时间段内瓦里关站的风速风向资料及部分黑碳观测资料，研究了瓦里关站冬春季大气颗粒态汞的分布特征。结果表明观测期间瓦里关地区大气颗粒态汞的平均浓度为29.3pg/m3，最高浓度值为191.33pg/m3，最低浓度1.01pg/m3，标准偏差为37.47pg/m3，分析表明大气颗粒态汞浓度值受风向影响较大，且与黑碳浓度值有较好的相关性，观测期内大气颗粒态汞的潜在污染源主要来自于西北地区新疆至哈萨克斯坦一线。

关键词：瓦里关 大气颗粒态汞 风 黑碳

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0129-03

汞（mercury，Hg）在常温下是银白色液态金属，有毒易挥发，是惟一一种主要以气相形式存在于大气的重金属元素，具有持久性、易迁移性、高度生物累积性和生物放大性的特点[1]。大气中汞主要有气态汞和颗粒态汞（吸附于大气气溶胶的汞）两种存在形态，其中气态汞占90%以上，颗粒态汞占5%左右[2]，气态汞可附着在颗粒物中形成颗粒态汞[3]。大气颗粒物是汞吸附和转换的场所，也是大气湿沉降的主要形态，对汞在陆地和水生生态系统的沉降起着重要作用[2]。由于近几年来我国的空气污染问题较为严峻，越来越多的城市和地区受到雾霾的影响，而汞附着在细颗粒物上形成大气颗粒态汞（PBM），极易被人体吸收，对人体造成损害，美国环保署（USEPA）和世界卫生组织（WHO）均将汞列为具有持久性、生物蓄积性及毒性极高的全球性污染物[4]。故越来越多的研究机构开始关注大气汞方面的观测和研究。

中国大气本底基准观象台位于青海省海南州境内的瓦里关山顶上（海拔3816m，东经100°55′，北纬36°17′，以下简称瓦里关站），是全球惟一一个处于亚欧大陆内陆腹地的全球大气本底站。瓦里关山呈西北-东南走向，与山底相对高差600m左右，周围地区自然环境以高原草甸及沙洲居多，具有明显的高原大陆性气候。瓦里关站点具有高海拔、大地形的特点，在此得到的空气样品能够在很大程度上代表欧亚大陆对流层大气成分的平均状况，并且全区以牧业为主，人烟稀少，方圆50km无工业污染源，故研究瓦里关颗粒态汞的分布特征对研究欧亚大陆内陆地区大气颗粒态汞的状况能起到重要的参考作用。

1 采样方法及时间

在瓦里关站主基地东侧，修建了一间20m2的简易房，使用Tekran汞分析仪器公司开发的Tekran-2537B型测汞仪，使用仪器内置泵进行室外空气的连续采样，每5min产生一个数据，仪器检出限为0.1ng/m3。采样期为2009年12月28日至2010年5月11日。在最后获取的数据的基础上根据值班记录剔除了异常数据及附近有较大人为污染情况下的数据，并计算了2h平均浓度值进行分析研究。

2 结果与讨论

2.1 冬春季大气颗粒态汞的分布特征

经过计算分析，采样期内瓦里关站的大气颗粒态汞浓度总体呈上升趋势，图1为采样期内瓦里关站PBM月平均浓度直方图。采样期内最高浓度191.33pg/m3，出现在2010年5月4日，最低浓度1.01pg/m3，出现在2010年1月13日，平均浓度29.30pg/m3，远低于国内其他城市浓度，如深圳72pg/m3（2008年）[5]，南京104pg/m3（2012年）[2]及厦门127pg/m3（2008年）[6]，表明瓦里关地区空气质量相对工业发达地区较洁净，污染小。

图2至图7为采样期内瓦里关站每月的风向玫瑰图，由图可看出2009年12月至2010年4月风向主要由东南风构成，而平均浓度最高的5月风向以西北风为主，表明瓦里关地区可能的大气颗粒态汞污染主要来自于西北地区，可能与西北哈萨克斯坦及新疆地区工业污染较重，且该地区冬春季燃煤取暖有关，而瓦里关站东南方向较少重工业污染等，故来自该方向的大气颗粒态汞污染有限。

2.2 黑碳对冬春季大气颗粒态汞分布的影响

因大气颗粒态汞属于汞分子吸附于大气颗粒物上所产生，黑碳又属于大气颗粒物中较为重要的一种，故在此获取并处理得到了2009年12月28日至2010年5月11日的黑碳浓度两小时平均数据（期间2010年1月29日至3月31日黑碳数据缺测），以期分析二者的相关性。

图8为采样期瓦里关大气颗粒态汞浓度数据与黑碳数据的散点分析对比图（采用Origin8.0作图），由该图可以看出，采样期内二者浓度值均有相同的上升趋势，很好地说明了大气颗粒态汞的生成机制。导致这种上升趋势的原因应该与4～5月西北风较多有关（参照图2至图7），西北风从西北地区沙漠戈壁带来大量颗粒物及黑碳，而西北新疆地区多重工业污染，从而促使大气颗粒态汞浓度升高。

2.3 冬春季大气颗粒态汞的潜在源分析

通过5月5日00点达到高污染浓度的数据，利用H YSPILT模式向后模拟72h分析污染气团来源，后向轨迹模拟（见图9）可发现，影响瓦里关测站的气团于5月2日在AGL3000高度形成，其中AGL500的下降最为剧烈，成为影响的主要气团。通过轨迹分析可发现，该污染气团形成于西西伯利亚及其附近区域，移动路径经过我国新疆天山一带，通过准葛尔盆地到达瓦里关，是西北路径的主要移动方向，汞污染物可能由阿克苏地区的局地污染带入气团传输，也有可能由更远的西欧地区的影响造成测站浓度的显著升高。

考虑新疆地区石化天然气工业较为发达，冬春季节大部分居民以燃煤取暖为主，均排放大量的汞，加上风沙作用和西风带传输，可能是导致瓦里关地区冬春季大气颗粒态汞浓度上升的主要原因。该结论与2.1中分析得出的瓦里关地区大气颗粒态汞污染主要来自于西北地区相印证。

3 结语

分析表明采样期内瓦里关站的大气颗粒态汞浓度值总体呈上升趋势，最高浓度191.33pg/m3，最低浓度1.01pg/m3，平均浓度29.30pg/m3，远低于国内其他发达城市地区。大气颗粒态汞的潜在污染源主要来自于西北方向，其浓度受风向、工业布局的影响较大，其分布和发展与黑碳有较强的相关性。

参考文献

[1] 路文芳，田宇，战景明，等.我国大气汞污染对人体健康的影响[J].环境与健康，2012，29（8）：761-763.

[2] 于学珍，谢云中，李贺.南京市冬季大气颗粒态汞的分布特征[J].环境监测管理与技术，2013，25（6）：15-23.

[3] 修光利，张艳艳，蔡姬，等.大气颗粒物中汞的赋存形态及其依存条件[J].环境科学研究，2013，26（8）：807-813.

[4] 朱云，王书肖.大气汞污染模拟研究进展及控制策略优化方法[J].环境科学，2011，3（26）：1851-1856.

[5] 杜金华，黄晓锋，何凌燕，等.深圳市大气细粒子（PM2.5）中汞的污染特征[J].環境科学研究，2010，23（6）：667-673.

[6] 张福旺，赵金平，陈进生，等.滨海城市气溶胶中颗粒态汞

的分布特征[J].环境科学，2010，31（10）：2273-2278.endprint