安寧市2019—2023年大氣降水離子變化特征及來源分析

收稿日期：2024-02-01

作者簡介：張霞（1988-），女，工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作。

摘 要：通過對安寧市2019—2023年降水監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解安寧市大氣降水離子變化特征及規(guī)律。分析結(jié)果表明：2019—2023年安寧市未出現(xiàn)酸雨，降水pH加權(quán)年均值范圍為7.09～7.73，整體呈弱堿性；除2023年外，其余4年降水電導(dǎo)率呈下降趨勢，降雨質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)；SO42-、NO3-為主要陰離子，Ca2+、NH4+為主要陽離子，SO42-/NO3-值呈下降趨勢，但趨勢不顯著，除2021年外，其余4年均為混合型降水；Cl-呈上升趨勢，且趨勢顯著，降水中過量氯的致酸性在逐漸增加，對含氯廢氣治理需要引起重視。

關(guān)鍵詞：降水；離子特征；變化趨勢；安寧

中圖分類號：X51文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-9655（2024）03-00-04

0 引言

大氣降水對空氣中的顆粒物和氣態(tài)污染物能產(chǎn)生有效的凈化作用，大氣降水中的化學(xué)組分主要是由自然過程、人類生產(chǎn)及工業(yè)活動產(chǎn)生的顆粒物和氣態(tài)污染物進(jìn)入雨水后發(fā)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果[1]。分析研究大氣降水中化學(xué)組分對評價環(huán)境空氣質(zhì)量、氣態(tài)污染物組成及來源有重要意義[2-4]，大氣降水成為了大氣學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。此外，降水是水循環(huán)的重要過程，能有效地將空氣、地表水、地下水、土壤、植被等聯(lián)系起來[5]，研究降水化學(xué)組分也能為改善其他生態(tài)環(huán)境提供理論基礎(chǔ)和治理依據(jù)。但我國對大氣降水的監(jiān)測及研究目前多數(shù)位于城市，農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)監(jiān)測點(diǎn)位極少[5]。本文對安寧市2019—2023年大氣降水?dāng)?shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討了降水離子組成、變化趨勢、離子相關(guān)性，以期助力安寧市打好大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

安寧市位于昆明市西南28 km處，滇池西面。常年最多風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，雨季一般從5月下旬開始，到10月下旬結(jié)束；旱季從10月下旬開始到第二年5月下旬結(jié)束。

1.2 布點(diǎn)采樣與樣品分析

安寧市降水監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)在昆明市生態(tài)環(huán)境局安寧分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站樓頂，樣品的采集和保存按照《GB 13580.2—1992大氣降水樣品的采集與保存》的要求開展，逢雨必測。2019—2023年共采集有效降水樣品142個。樣品收集完成后對降水pH、電導(dǎo)率、4種陰離子和5種陽離子進(jìn)行分析，監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測方法、監(jiān)測和分析儀器設(shè)備見表1。

1.3 數(shù)據(jù)來源及處理分析

文中的大氣降水?dāng)?shù)據(jù)來自昆明市生態(tài)環(huán)境局安寧分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測資料，采用Microsoft? Excel對5年數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、Origin 2022軟件作圖、SPSS 19進(jìn)行Pearson離子相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 降水的pH、電導(dǎo)率、降雨量的變化特征分析

降水的pH是反映降水酸堿性程度的綜合性指標(biāo)[5]。按照氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)劃分[6]，降水pH值＜5.6的大氣降水（包括雨、雪、雹等）定性為酸雨，pH值越低，酸雨的等級越高，對環(huán)境造成的危害越嚴(yán)重。降水電導(dǎo)率是指降水傳導(dǎo)電流的能力，電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強(qiáng)，在一定程度上能反映出降水中離子濃度綜合的大小[7，9]。表2為安寧市2019—2023年大氣降水中pH單次監(jiān)測值范圍、雨量加權(quán)計(jì)算后的年均值、電導(dǎo)率單次監(jiān)測范圍及年均值。從表2中可以看出，近5年大氣降水電導(dǎo)率年均值范圍為3.5～5.2 mS/m，pH雨量加權(quán)年均值范圍值為7.09～7.73，5年數(shù)值均高于酸雨限值5.6，所以安寧市近5年未出現(xiàn)酸雨情況。采用秩相關(guān)系數(shù)法分析降水pH和電導(dǎo)率5年變化趨勢，降水pH秩相關(guān)系數(shù)為0.9，電導(dǎo)率秩相關(guān)系數(shù)為-0.7。表明5年來降水pH呈上升趨勢，電導(dǎo)率呈下降趨勢。

降水電導(dǎo)率的高低可間接反映當(dāng)?shù)卮髿馕廴境潭龋S水中無機(jī)酸、堿或鹽的變化而變化，純水的電導(dǎo)率很小，當(dāng)含無機(jī)酸、堿或鹽時，電導(dǎo)率增加[10]。圖1為2019—2023年安寧市降雨量和電導(dǎo)率的年際變化圖，由圖1可以看出，除2023年，安寧市近5年的大氣降水電導(dǎo)率呈下降趨勢，說明安寧市的降雨質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)，2023年的電導(dǎo)率增加，可能跟2023年氣候干旱（僅6—8月有雨）、雨水量少有關(guān)。由此可推測降雨量是影響電導(dǎo)率的因素之一，電導(dǎo)率隨降雨量的減少而增加。

2.2 大氣降水離子特征及濃度變化分析

表3為安寧市2019—2023年大氣降水離子濃度、總離子濃度及秩相關(guān)系數(shù)結(jié)果表，從表3可以看出大氣降水樣品中離子濃度大小依次是SO42->Ca2+>NH4+>NO3->Cl->Na+>F->K+>Mg2+。2019—2023年不同年份降水中離子組成結(jié)構(gòu)相似，主要離子基本為SO42-、Ca2+、NH4+、NO3-、Cl-、Na+，這6種離子濃度占總離子濃度的85%。濃度最高的陰離子為SO42-，占陰離子總量的50.9%，NO3-次之，占陰離子總量的21.4%；濃度最高的陽離子為Ca2+，占陽離子總量的42.8%，NH4+次之，占陽離子總量的26.7%，其他離子的具體占比見圖2。陰離子和陽離子濃度的比值為0.96，說明分析結(jié)果中有少量陰離子缺失，可能跟降水中少量類別陰離子沒有監(jiān)測有關(guān)，整體來說離子濃度基本平衡[7，9]。從表3

大氣降水離子秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果可知：2019—2023年降水中Cl-呈明顯上升趨勢，其余離子變化趨勢不顯著。

2.3 大氣降水主要離子濃度比值變化情況

大氣降水中化學(xué)離子的變化能反映大氣污染水平的變化情況[7]。安寧市2019—2023年主要離子濃度比值變化情況見圖3。2019—2023年降水SO42-、NO3-濃度變化趨勢不顯著，SO42-/NO3-值呈下降趨勢，但趨勢不顯著，SO42-/NO3-值除2021年（比值為3.09）外，其余四年比值為1.78～2.84，根據(jù)降水化學(xué)特性酸型分類標(biāo)準(zhǔn)，0.5

為混合型降水，SO42-/NO3->3為硫酸型降水，由此可知安寧市大氣降水除2021年外均為混合型降水。

Ca2+、NH4+濃度變化趨勢不顯著，Ca2+ / NH4+? 2019—2021年呈上升趨勢，2021—2023年呈下降趨勢。據(jù)文獻(xiàn)報道，降水中Ca2+主要來自揚(yáng)塵，NH4+主要來自工業(yè)和農(nóng)業(yè)[7]，說明安寧市揚(yáng)塵污染在2021—2023年得到有效治理。由圖3可知，降水中主要陰離子和陽離子變化趨勢一致，加之pH值穩(wěn)定變化，表明數(shù)據(jù)分析質(zhì)量可靠。

Cl-濃度2019—2022年呈上升趨勢，2023年濃度比2022年略微下降；Na+濃度2019—2021年呈上升趨勢，2021—2023年呈下降趨勢；Cl-/Na+值2019—2021年呈下降趨勢，2021—2023年呈上升趨勢，且2023年上升趨勢明顯。除2021年外，其余4年Cl-/Na+值均>1，降水中Cl-、Na+自然來源主要來自海洋，傳輸過程中如果這兩種離子沒有受到外界的影響，濃度比值應(yīng)為1，但Cl-還有煤燃燒的途徑[5]，說明安寧市工業(yè)生產(chǎn)廢氣中可能有含氯廢氣外排。

2.4 大氣降水中離子相關(guān)性分析

采用SPSS19對大氣降水中離子進(jìn)行相關(guān)性分析，表4為大氣降水中各離子成分的相關(guān)系數(shù)矩陣。從表中可以看出，大氣降水SO42-與NO3-、NH4+；NO3-與NH4+；Cl-與Na+、Mg2+；K+與Na+、Mg2+；Na+與Mg2+之間的相關(guān)系數(shù)較高，說明這幾組組分的來源基本相同或者相似。Cl-與Na+相關(guān)系數(shù)為0.975，顯著相關(guān)，說明二者的來源高度相同。SO42-與Cl-之間呈顯著負(fù)相關(guān)，但還不能說明Cl-的來源增加是SO42-導(dǎo)致的。

3 結(jié)論

（1）2019—2023年安寧市沒有出現(xiàn)酸雨，降水pH加權(quán)年均值范圍為7.09～7.73，整體呈弱堿性。安寧市近5年的大氣降水電導(dǎo)率呈下降趨勢，說明安寧市的降雨質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)。

（2）2019—2023年安寧市降水中離子濃度大小依次是SO42->Ca2+>NH4+>NO3->Cl->Na+ >F->K+>Mg2+。主要離子為SO42-、Ca2+、NH4+、NO3-、Cl-、Na+，這6種離子濃度占總離子濃度的85%。SO42-、NO3-為主要陰離子，Ca2+、NH4+為主要陽離子。

（3）SO42-/NO3-值呈下降趨勢，但趨勢不顯著，SO42-/NO3-值除2021年（比值為3.09）外，其余

4年為1.78～2.84，根據(jù)降水化學(xué)特性酸型分類標(biāo)準(zhǔn)，安寧市2019—2023年大氣降水除2021年外均為混合型降水。

（4）大氣降水中SO42-與NO3-、NH4+相關(guān)性較高，說明大氣中的SO2與NOX來源相同；Cl-與Na+、Mg2+有較好的相關(guān)性。

（5）2019—2023年安寧市降水中Cl-呈上升趨勢，且趨勢顯著，可能是安寧的鹽礦企業(yè)對降水中的Cl-有一定的影響，也可能是安寧市工業(yè)生產(chǎn)廢氣中有含氯廢氣外排，降水中過量氯的致酸性也在逐漸增加，對含氯廢氣治理需要引起重視。

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Ion Variation Characteristics and Source Analysis of Atmospheric Precipitation in Anning City from 2019 to 2023

ZHANG Xia

（Anning Ecological Environment Monitoring Station， Kunming Municipal Ecological Environment Bureau， Anning Yunnan 650300， China）

Abstract： Through the statistical analysis of precipitation monitoring data from 2019 to 2023 in Anning City， the characteristics and patterns of ion variations in atmospheric precipitation were explored. The analysis results indicated that there were no acid rain occurrences in Anning City during 2019—2023. The weighted annual average pH of precipitation ranged from 7.09 to 7.73， overall exhibiting weak alkalinity. Except for 2023， the electrical conductivity of precipitation showed a declining trend in the other four years， indicating an improvement in rainwater quality. SO42- and NO3- were the dominant anions， while Ca2+ and NH4+were the main cations. The SO42-/NO3- ratio demonstrated a decreasing trend， although not significantly. Except for 2021， the precipitation was of a mixed type in the other four years. The trend of Cl- was significantlyupwardwith the acidity caused by gradually increasingexcessive chlorine in precipitation. Attention needs to be paid to the management of chlorine-containing waste gases.

Key words： atmospheric precipitation; ion variation characteristics; trend; Anning