北京市春夏季降水及其對大氣環境的影響研究

韓力慧,張海亮,張 鵬,向 欣,程水源,魏 巍 (北京工業大學,環境與能源工程學院,區域大氣復合污染防治北京市重點實驗室,北京 100124)

北京市春夏季降水及其對大氣環境的影響研究

韓力慧*,張海亮,張 鵬,向 欣,程水源,魏 巍 (北京工業大學,環境與能源工程學院,區域大氣復合污染防治北京市重點實驗室,北京 100124)

通過采集北京市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,時空變化特征,來源以及對大氣顆粒物的影響.結果表明,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呈現輕度富集,Ca、Mn和Pb呈現中度富集,Cu、Zn和S呈現嚴重富集.此外,降水中元素濃度具有顯著的季節變化,二次污染元素S表現為夏季高于春季,而其它元素均表現為春季高于夏季;同時也具有較大的空間變化,除Pb元素外,均為南城高于北城.降水中化學組分主要來源于地面揚塵、建筑活動、燃煤、機動車尾氣和工業排放.大氣降水對大氣顆粒物的去除率受降水強度以及前一天空氣質量的影響較大,且對細顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關元素Mg和Ca去除效果明顯.

大氣降水；大氣顆粒物；化學組分；來源解析；去除率

大氣降水是大氣顆粒物的匯,其化學組分因能間接反映大氣污染的性質、程度和來源而受到國內外科學家的廣泛關注.作為能反映大氣污染的環境因子,北京市大氣降水無疑已成為大氣污染與控制的重要內容之一.早在 10年前,就有學者對北京市大氣降水進行了研究.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組分及其對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.Yang等[4]研究了北京地區2001～2005年連續5年降水化學組分的變化規律.這些研究成果從側面反映了 10年前北京市大氣污染的狀況.

近10年來,隨著北京市人口數量和機動車保有量的快速增長,以及一系列大氣污染與控制措施的實施,污染源發生了較大的變化,大氣污染類型也發生了實質性的變化,由此產生的大氣降水也不例外.如2010年北京市出現了罕見的沙塵天氣,此期間大氣降水中Ca2+和NO3顯著增加[5].北京市近年來機動車尾氣排放的 NOx與造成降水酸化的 NO3的增長具有顯著相關性[6].北京城鄉大氣降水化學組分的變化進一步表明北京市大氣污染以二次污染和機動車污染為主要特征[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,而目前相關研究報道甚少.因此,本文將對北京市2015年春夏季大氣降水元素化學組分、來源、以及對大氣顆粒物的影響進行深入研究,以期為北京市大氣污染治理提供重要的科學理論依據.

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和三環之間能代表北城區特點的北京師范大學(BNU)科技樓樓頂(距地面約35m)作為北城采樣點,位于東南三環和四環之間能代表南城區特點的北京工業大學(BJUT)環化樓(距地面約15m)作為南城采樣點.按照國家相關標準[8]中的要求用自制采樣儀(將聚乙烯采樣袋內襯于直徑為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,并同時采用雨量計,記錄降雨量.樣品采集完后立即取適量樣品進行pH 值的測定.另外取適量樣品采用孔徑為0.45μm的針筒式過濾頭進行過濾,過濾液放置在冰箱中(4℃)保存,待測.

1.1.2 大氣顆粒物樣品 采用美國 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Whatman公司生產)在北師大采樣點于 2015年4、7月采集PM10和PM2.5樣品,每個樣品連續采集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,采用十萬分之一天平(DENVER-TB-215D)進行稱量.

1.2 化學組分分析

1.2.1 pH值 采用METTLER TOLEDO梅特勒pH計及時測定降水樣品的pH值,測量精度為0.01,每次測定前均進行標定,嚴格規范操作.

1.2.2 元素組分

(1)大氣降水 采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS,Agilent7500a)分析上述降水過濾待測溶液中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.隨后進行趕酸處理,趕酸至消解罐內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.整個過程嚴格進行質量控制,保證樣品不受人為污染.

同理,采用電感耦合等離子體質譜儀分析上述待測溶液中24種元素.

2 結果與討論

2.1 大氣降水量的時空變化

全年降水量統計數據(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采樣點共采集到35場降水事件,累計降水量236.6mm,低于北京地區春夏季平均降水量,約占 93%.北城BNU采樣點共采集到18場降水事件,累計降水量 220.7mm,約占北京地區春夏季平均降水量的 86%,可見本研究所采集的降水樣品對研究北京市春夏季降水具有較好的代表性.兩個采樣點采集降水量的時空變化如圖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缺失有關.

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 大氣降水化學組分變化特征

2.2.1 pH值的時空變化 南城BJUT降水樣品pH值的雨量加權平均值為6.26,其中春季為6.48,夏季為6.21.北城BNU降水樣品pH值的雨量加權平均值為6.08,其中春、夏季分別為6.34和6.01.可見兩個采樣點 pH值均表現為春季高于夏季.有氣象數據顯示,2015年北京市春季3～5月,風速較大,日均值為11km/h,相對濕度較低,為41%,而夏季6～8月,風速較低,日均值為9km/h,相對濕度較高,為58%.干燥少雨且大風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.一方面,夏季降雨量較大,對大氣環境中堿性物質稀釋作用明顯,削弱了降水中的中和反應,造成降水 pH值較低.另一方面,據監測數據顯示,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,沒有表現出明顯的差異,說明北京城區降水pH值沒有顯著的空間變化.

2.2.2 元素組分時空變化 富集因子法是用來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個條件,即穩定性、單一自然源、與其他元素密切相關[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,富集因子的判斷標準尚不統一[13],本文參考應用比較廣泛的劃分標準,將EF≤5,表示此元素主要來自地殼源,5＜EF≤10,表示此元素呈現輕度富集特征,受到輕微人為源影響;10＜EF≤100,表示此元素呈現中度富集特征,受到人為影響較大;EF＞100,表示此元素呈現嚴重富集特征,明顯受到人為因素的影響.

本研究中,Sc、Co和Eu在2個采樣點降水中均未檢出,As、Cd、Se、Mo、Cr和Sb在2個采樣點中檢出率很低,因此不做考慮.主要元素富集因子結果如圖2所示, Ti、Al、V、Fe、Ce元素的富集因子均小于5,表示主要來自地殼源;Sr、Mg、Ni和Na元素富集因子介于5～10之間,呈現輕度富集,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1000,呈現高度富集,表明嚴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 降水中元素季節變化特征Fig.3 Seasonal variations of major elements in precipitation

降水中主要元素濃度季節變化如圖3所示.在2個采樣點,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,均表現為春季大于夏季.這可能一方面春季多風且風速較夏季大,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,對大氣顆粒物沖刷程度增大的同時也對降水中元素濃度起到了稀釋作用[14],進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+是主要的堿性物質之一,能夠有效中和降水中的酸性物質[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元素濃度變化會直接影響到降水中的濃度水平.

為了比較兩個不同采樣點大氣降水化學組分的空間差異,使用自動歸一化指數-發散系數(CD)對相同場次降水中化學組分進行分析.CD計算公式如下[16]：

式中：j,k表示不同的采樣點;i表示化學成分的種類;xij,xik表示不同采樣點化學成分 i在某個時段內的平均濃度值 μg/L.CD值越接近于 0,表明發散系數越小,兩個不同采樣點化學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

結果顯示,兩個采樣點春、夏季降水化學組分離散系數分別為0.32和0.46,表明兩個城區采樣點降水化學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]的研究結果相一致.這可能與北京市南、北城區功能定位以及周邊區域的影響有很大關系.在北京,北城區主要集中了各類學校、科研機構以及高新技術園區,對大氣污染影響相對較小,而南城區實體工業企業分布較多,如制藥廠、污水處理廠、焦化廠、經濟開發區等,對大氣環境影響較大.此外,位于北京周邊東南、南、西南部較發達城市,如天津、唐山、保定、石家莊等,其污染物的輸入對北京市大氣污染影響較大[19],容易加劇北京市南部城區的大氣污染,造成南城大氣污染高于北城的特點.

2.3 來源解析

本研究去除降水中檢出率較低的元素,選擇15種主要無機元素,采用因子分析法,對其進行來源解析,解析結果見表2.

表2 2015年春夏季北京市降水中化學組分因子分析結果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元素均是地面揚塵的特征標示元素[20],且均未發生富集現象,因此因子1與地面揚塵有關.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示元素[10,21],Ca和Mg元素是建筑塵的標示元素[22-23],因此因子 2與燃煤源和建筑塵的混合源有關.因子3共解釋總變量的13.01%,其中Ni元素表現為較高的荷載值,且為機動車排放源的標示元素[22],因此該因子可能與機動車排放源有關[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主要來自工業排放的廢氣[23-24],因此因子 4可能與工業排放源有關.綜上所述,北京市春、夏季降水中元素主要來源于地面揚塵、建筑塵、燃煤、機動車排放和工業排放,這與王琴等[25]對北京市大氣污染物來源解析的研究結果相一致.

2.4 降水對大氣顆粒物的影響

降水作為大氣污染物重要的匯,對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離采樣點最近的國控點天壇大氣顆粒物PM2.5和PM10的清除效果顯示,降水對大氣細顆粒物 PM2.5的去除率為-361.1%～91.6%,對大氣粗顆粒物 PM10的去除率為-270.0%～83.6%.其中降水強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,降水歷時較長,約 6h,降水強度較低,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1h40min,降水強度較高,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,歷時約2h,降水強度略高于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89.5%.同樣,大氣降水對PM10去除效果的影響因素也是如此.可見降水對大氣顆粒物的去除率不僅受降水強度的影響,還受降水前空氣質量的影響.這是因為降水期間,大氣邊界層較低,降水強度較小時,大氣降水對污染物的沖刷作用較弱,容易造成污染物的累積,當降水的持續時間較長,且降水的沖刷作用小于污染物的累積過程時,極易出現污染物濃度反而升高的趨勢.降水強度較大時,大氣降水對大氣污染物的沖刷作用較強,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PM2.5/PM10的影響Fig.4 The influence of precipitation on PM2.5/PM10

同理,大氣降水對大氣顆粒物化學組分也具有同樣的影響.通過北城大氣降水中化學組分分別與降水前一天大氣顆粒物PM2.5和PM10中相應化學組分的相關性分析(如圖5所示),大氣降水中化學組分與PM2.5中相應組分的相關性表現為：Cu＞Zn/Mn＞Na＞Ti＞Mg＞Fe＞Al＞Pb＞Ca,其中相關系數大于0.6的為Cu、Zn、Mn和Na元素;而與 PM10相應組分的相關性表現為：Al/Ca＞Mg＞Fe＞Ti＞Mn＞Na＞Cu＞Zn＞Pb,其中相關系數大于0.6的為Ca、Al和Mg元素,說明大氣降水對細顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關元素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顆粒物中,而Al、Mg和Ca等地殼塵和建筑塵相關元素主要富集于粗顆粒物中有關[29-30].

圖5 大氣降水中化學組分與PM2.5/PM10中相應組分的相關性Fig.5 The correlation of the chemical components in precipitation with those in PM2.5/PM10

3 結論

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、北城雨量加權平均值分別為6.26和6.08,均表現為春季高于夏季.

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元素呈現輕度富集,Ca、Mn和 Pb元素呈現中度富集;Cu、Zn和S元素呈現嚴重富集特征.

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

3.5 春夏季降水中化學組分主要來源于地面揚塵、建筑揚塵、燃煤、機動車排放和工業排放等.

3.6 大氣降水對大氣顆粒物的去除率受降水強度以及降水前一天空氣質量的影響較大,且對細顆粒物PM2.5中污染元素Cu、Zn、Mn和Na清除效果顯著,對粗顆粒物PM10中地殼元素Al和建筑塵相關元素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.北京降水化學組成特征及其對大氣顆粒物的去除作用 [J]. 中國科學(B輯化學), 2005,35(2)：169-176.

[3]金 蕾,徐 謙,林安國,等.北京市近二十年(1987～2004)濕沉降特征變化趨勢分析 [J]. 環境科學學報, 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.北京市一次沙塵過程中降水化學組分的監測分析 [J]. 中國環境科學, 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與降水組分變化趨勢的相關性分析 [J]. 環境科學, 2013,34(5)：1958-1963.

[7]高曉棟,陳錫云,丁肇慰,等.基于降水化學的北京城鄉大氣污染物差異探析 [J]. 環境科學學報, 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.京津冀地區城市環境空氣顆粒物及其元素特征分析 [J]. 中國環境科學, 2014,34(12)：2993-3000.

[10]洪 也,馬雁軍,劉寧微.沈陽冬季大氣顆粒物化學成分及其來源的分析 [J]. 環境科學與技術, 2010,33(6E)：292-296.

[11]張曉玲,趙秀娟,蒲維維,等.北京城區和遠郊區大氣細顆粒PM2.5元素特征對比分析 [J]. 中國粉體技術, 2010,16(1)：28-34.

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

[13]張秀芝,鮑征宇,唐俊紅.富集因子在環境地球化學重金屬污染評價中的應用 [J]. 地質科技情報, 2006,25(1)：65-72.

[14]彭玉龍,王永敏,覃蔡清,等.重慶主城區降水中重金屬的分布特征及其沉降量 [J]. 環境科學, 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.北京及周邊地區夏季大氣顆粒物區域污染特征 [J]. 環境科學, 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]. 北京科技大學學報, 2014,36(9)：1269-1279.

[19]丁國安,陳尊裕,高志球,等.北京城區低層大氣PM10和PM2.5垂直結構及其動力特征 [J]. 中國科學(D 輯：地球科學), 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源統計分析[J]. 中國環境科學, 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源解析 [J]. 環境科學學報, 2015,35(6)：1667-1675.

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

[23]鄒本東,徐子優,華 蕾,等.因子分析法解析北京市大氣顆粒物PM10的來源 [J]. 中國環境監測, 2007,23(2)：79-85.

[24]楊衛芬,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源分析 [J]. 中國環境科學, 2010,30(1)：12-17.

[25]王 琴,張大偉,劉保獻,等.基于PMF模型的北京市PM2.5來源的時空分布特征 [J]. 中國環境科學, 2015,35(10)：2917-2924.

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

[27]楊 雪,張 群.南京市大氣降水對空氣質量影響研究 [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研究[J]. 中國科學院大學學報, 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分布 [J]. 環境工程, 2002,20(6)：55-57.

[30]方鳳滿.中國大氣顆粒物中金屬元素環境地球化學行為研究[J]. 生態環境學報, 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,主要研究方向為大氣污染與防治.發表論文20余篇.

《中國環境科學》喜獲中國科協精品科技期刊TOP50項目資助

2016-11-20

國家環保公益性行業科研專項(201409003);國家留學基金委資助項目(201406545022);北京市教委項目(PXM2016_014204_ 001029_00205967_FCG)

? 責任作者, 副教授, hlh@bjut.edu.cn

《中國環境科學》2015年6月獲得中國科協精品科技期刊TOP50項目資助.中國科協精品科技期刊TOP50項目按照“以獎促建”的原則,通過以獎代補方式,遴選支持一批高端精品科技期刊,形成學科導航期刊集群.推動其加快成長為促進科技知識生產傳播的重要渠道、促進學術交流的重要平臺和促進學術生態建設的苗圃花壇,為我國科技期刊的發展發揮示范引領作用.經過專家評審和公示,最終確定入選的期刊均為學術影響力強、引證指標好、在學術交流與學科建設中起到重要作用、服務科技工作者成效顯著、學術出版道德規范的優秀中文科技期刊.