2006—2020年上海市閔行區大氣降水化學特征及來源分析

黎彬，黃俊梅

(上海市閔行區環境監測站，上海 201199)

大氣降水的化學組成受自然過程和人類活動的共同影響，是進入水滴的氣態和顆粒物質共同作用的結果[1-2]，其化學組分、pH值和電導率(EC)等化學特征能間接反映大氣污染的性質、程度，通過對污染組分的來源和酸性降水成因進行分析，為制定控制措施提供有力的科學依據[3-6]，因此受到國內外學者的廣泛關注。國際上對大氣降水化學組分的研究始于19世紀40年代，而我國則始于20世紀70年代末。目前，國內學者對大氣降水的研究已經在全國各地區開展，并取得了一些進展[2,7-9]。據2020年《中國環境狀況公報》所發布數據，我國酸雨主要分布在長江以南—云貴高原以東地區，主要包括浙江、上海的大部分地區、福建北部、江西中部、湖南中東部、廣東中部、廣西南部和重慶南部[10]。我國長三角區域大氣降水化學組分的研究一直是熱點內容，但對10年以上時間跨度降水特征的分析較少?，F利用2006—2020年上海市閔行區降水監測數據，對降水pH值及EC、化學特征和來源進行了初步分析，以期為當地政府治理酸雨提供指導和幫助，為大氣污染防治提供科學參考。

1 研究區概況

上海市閔行區地處長江三角洲東南前沿，位于整個上海市地域腹部和版圖中心，是上海市主要對外交通樞紐，主要工業基地、科技及航天新區，屬北亞熱帶海洋性季風氣候，冬季受西伯利亞冷高壓控制，盛行西北風，寒冷干燥，夏季在西太平洋副熱帶高壓控制下，多東南風，暖熱濕潤，春季是季風的轉變期，多低溫陰雨天氣。

2 研究方法

2.1 采樣點位

樣品采集點位選取長期監測且具有代表性的閔行區大氣降水監測點(31°6′56″N，121°21′58″E)，距地面約15 m，采樣器距樓頂的距離為1.2 m，周圍主要為住宅區和交通道路，沒有明顯的局地污染源。

2.2 樣品采集與分析

2.3 數據處理方法

降水pH值、EC和降水離子濃度均按照降水量加權平均計算。數據運用SPSS 26.0進行相關性分析。

3 結果與討論

3.1 降水pH值和EC

3.1.1 降水pH值和EC年變化分析

大氣降水pH值是反映區域降水化學特征的綜合性指標。2006—2020年閔行區大氣降水pH值及酸雨頻率變化趨勢見圖1。

圖1 大氣降水pH值及酸雨頻率變化趨勢

由圖1可見，大氣降水pH值范圍為4.41～5.19，年平均pH值均<5.6，屬酸性降水，同時pH值表現出明顯上升的趨勢，與上海地區大氣降水的pH值變化趨勢一致。艾東升等[20]研究了2009—2010年上海市降水年平均pH值為4.35；鄧黃月[21]研究了2014—2015年上海市降水年平均pH值為4.81；張巒[22]研究了2017—2018年上海地區大氣降水pH值為5.52。按照大氣降水化學特性的分類方法[23]，由“十一五”初期的強酸性降水(pH值<4.50)逐步轉為“十三五”后期的輕度酸性降水(5.00≤pH值<5.60)。酸雨頻率從2006年的88.9%，先升后降，2010年達到峰值(98.9%)，到2020年下降至55.4%，整體表現為下降的趨勢。從酸雨頻率分布來看，特強酸性降水(pH值<4.00)頻率從2006年的酸雨偶發(3.7%)[24]逐步降低，至2016年完全消除；強酸性降水頻率基本由酸雨多發到偶發，呈逐步下降的趨勢，酸雨狀況有明顯改善。

圖2 大氣降水EC及離子總量變化趨勢

3.1.2 季節變化分析

將3—5月、6—8月、9—11月、12月至次年2月劃分春、夏、秋、冬四季。從季節分布上看(表1)，閔行區大氣降水的pH值夏季最高(4.82)，秋季次之(4.78)，冬、春季基本持平(分別為4.63和4.64)，而酸雨頻率則表現相反。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)，離子總量冬季最高(288.1 μeq/L)，春季次之(242.3 μeq/L)，夏季最低(167.1 μeq/L)，與前人對上海浦東新區[29]和寶山區[27]的研究結果一致。這與該區域亞熱帶海洋性季風氣候特征有一定關系[14,30]，夏、秋季受溫暖濕潤的東南季風的影響，較大降雨量對酸性物質的稀釋作用較強，同時該季節風速大，大氣穩定度較弱，有利于各種污染物擴散；冬季降水較少，大氣層結穩定，逆溫頻率明顯增加，不利于空氣污染物擴散，濕清除效果也不好，且沙塵天氣往往出現在春、冬季，春季的到來，天氣變暖，人類活動加強可能對大氣環境造成一定影響。

表1 大氣降水pH值、酸雨頻率、EC、總離子當量濃度和平均降水量季節變化趨勢

3.2 降水離子化學組成特征分析

3.2.1 離子濃度變化趨勢

圖3 大氣降水中各離子濃度占比變化

圖4 大氣降水中主要離子濃度變化趨勢

圖5 大氣降水中與大氣中ρ(SO2)/ρ(NO2)變化趨勢

3.2.3 因子分析和相關性分析

為了研究降水中離子之間的潛在聯系，探討其來源機制，對大氣降水中主要離子組分做了主因子分析和相關性分析，見表2。

表2 大氣降水中主要離子的因子分析

表3 大氣降水中各離子相關系數①

4 結論

(1)2006—2020年閔行區大氣降水pH值范圍在4.41～5.19，屬酸性降水；酸雨頻率為55.4%～98.9%，呈下降趨勢，酸雨狀況有明顯改善。EC變化范圍為1.26～3.67 mS/m，平均值為2.32 mS/m；總離子當量濃度范圍為129.22～349.87 μeq/L，均呈下降趨勢。夏季降水量大，平均pH值最高，酸雨發生頻率、EC和總離子濃度最低；冬季降水量較少，平均pH值最低，總離子濃度最高。