2006—2020年上海市闵行区大气降水化学特征及来源分析

黎彬，黄俊梅

(上海市闵行区环境监测站，上海 201199)

大气降水的化学组成受自然过程和人类活动的共同影响，是进入水滴的气态和颗粒物质共同作用的结果[1-2]，其化学组分、pH值和电导率(EC)等化学特征能间接反映大气污染的性质、程度，通过对污染组分的来源和酸性降水成因进行分析，为制定控制措施提供有力的科学依据[3-6]，因此受到国内外学者的广泛关注。国际上对大气降水化学组分的研究始于19世纪40年代，而我国则始于20世纪70年代末。目前，国内学者对大气降水的研究已经在全国各地区开展，并取得了一些进展[2,7-9]。据2020年《中国环境状况公报》所发布数据，我国酸雨主要分布在长江以南—云贵高原以东地区，主要包括浙江、上海的大部分地区、福建北部、江西中部、湖南中东部、广东中部、广西南部和重庆南部[10]。我国长三角区域大气降水化学组分的研究一直是热点内容，但对10年以上时间跨度降水特征的分析较少。现利用2006—2020年上海市闵行区降水监测数据，对降水pH值及EC、化学特征和来源进行了初步分析，以期为当地政府治理酸雨提供指导和帮助，为大气污染防治提供科学参考。

1 研究区概况

上海市闵行区地处长江三角洲东南前沿，位于整个上海市地域腹部和版图中心，是上海市主要对外交通枢纽，主要工业基地、科技及航天新区，属北亚热带海洋性季风气候，冬季受西伯利亚冷高压控制，盛行西北风，寒冷干燥，夏季在西太平洋副热带高压控制下，多东南风，暖热湿润，春季是季风的转变期，多低温阴雨天气。

2 研究方法

2.1 采样点位

样品采集点位选取长期监测且具有代表性的闵行区大气降水监测点(31°6′56″N，121°21′58″E)，距地面约15 m，采样器距楼顶的距离为1.2 m，周围主要为住宅区和交通道路，没有明显的局地污染源。

2.2 样品采集与分析

2.3 数据处理方法

降水pH值、EC和降水离子浓度均按照降水量加权平均计算。数据运用SPSS 26.0进行相关性分析。

3 结果与讨论

3.1 降水pH值和EC

3.1.1 降水pH值和EC年变化分析

大气降水pH值是反映区域降水化学特征的综合性指标。2006—2020年闵行区大气降水pH值及酸雨频率变化趋势见图1。

图1 大气降水pH值及酸雨频率变化趋势

由图1可见，大气降水pH值范围为4.41～5.19，年平均pH值均<5.6，属酸性降水，同时pH值表现出明显上升的趋势，与上海地区大气降水的pH值变化趋势一致。艾东升等[20]研究了2009—2010年上海市降水年平均pH值为4.35；邓黄月[21]研究了2014—2015年上海市降水年平均pH值为4.81；张峦[22]研究了2017—2018年上海地区大气降水pH值为5.52。按照大气降水化学特性的分类方法[23]，由“十一五”初期的强酸性降水(pH值<4.50)逐步转为“十三五”后期的轻度酸性降水(5.00≤pH值<5.60)。酸雨频率从2006年的88.9%，先升后降，2010年达到峰值(98.9%)，到2020年下降至55.4%，整体表现为下降的趋势。从酸雨频率分布来看，特强酸性降水(pH值<4.00)频率从2006年的酸雨偶发(3.7%)[24]逐步降低，至2016年完全消除；强酸性降水频率基本由酸雨多发到偶发，呈逐步下降的趋势，酸雨状况有明显改善。

图2 大气降水EC及离子总量变化趋势

3.1.2 季节变化分析

将3—5月、6—8月、9—11月、12月至次年2月划分春、夏、秋、冬四季。从季节分布上看(表1)，闵行区大气降水的pH值夏季最高(4.82)，秋季次之(4.78)，冬、春季基本持平(分别为4.63和4.64)，而酸雨频率则表现相反。EC值在春季最高(2.83 mS/m)，冬季次之(2.76 mS/m)，夏季最低(2.00 mS/m)，离子总量冬季最高(288.1 μeq/L)，春季次之(242.3 μeq/L)，夏季最低(167.1 μeq/L)，与前人对上海浦东新区[29]和宝山区[27]的研究结果一致。这与该区域亚热带海洋性季风气候特征有一定关系[14,30]，夏、秋季受温暖湿润的东南季风的影响，较大降雨量对酸性物质的稀释作用较强，同时该季节风速大，大气稳定度较弱，有利于各种污染物扩散；冬季降水较少，大气层结稳定，逆温频率明显增加，不利于空气污染物扩散，湿清除效果也不好，且沙尘天气往往出现在春、冬季，春季的到来，天气变暖，人类活动加强可能对大气环境造成一定影响。

表1 大气降水pH值、酸雨频率、EC、总离子当量浓度和平均降水量季节变化趋势

3.2 降水离子化学组成特征分析

3.2.1 离子浓度变化趋势

图3 大气降水中各离子浓度占比变化

图4 大气降水中主要离子浓度变化趋势

图5 大气降水中与大气中ρ(SO2)/ρ(NO2)变化趋势

3.2.3 因子分析和相关性分析

为了研究降水中离子之间的潜在联系，探讨其来源机制，对大气降水中主要离子组分做了主因子分析和相关性分析，见表2。

表2 大气降水中主要离子的因子分析

表3 大气降水中各离子相关系数①

4 结论

(1)2006—2020年闵行区大气降水pH值范围在4.41～5.19，属酸性降水；酸雨频率为55.4%～98.9%，呈下降趋势，酸雨状况有明显改善。EC变化范围为1.26～3.67 mS/m，平均值为2.32 mS/m；总离子当量浓度范围为129.22～349.87 μeq/L，均呈下降趋势。夏季降水量大，平均pH值最高，酸雨发生频率、EC和总离子浓度最低；冬季降水量较少，平均pH值最低，总离子浓度最高。