福建沿海地區(qū)大氣懸浮顆粒物及顆粒態(tài)汞的時(shí)空分布研究

吳萍萍，劉 燕，羅津晶

（廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門 361102）

福建沿海地區(qū)大氣懸浮顆粒物及顆粒態(tài)汞的時(shí)空分布研究

吳萍萍，劉 燕，羅津晶

（廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門 361102）

2010年4月—2011年3月，對(duì)福建省廈門至泉州沿海地區(qū)大氣中懸浮顆粒物 （PM10）和顆粒態(tài)汞 （TPM）進(jìn)行為期一年的觀測(cè)，結(jié)果表明其大氣中 PM10和 TPM的濃度范圍分別為 6.4～426.5μg／m3和 18.2～3879.4 pg／m3，PM10和 TPM平均濃度分別為 122.5μg／m3和 947.9pg／m3。不同采樣點(diǎn) PM10和 TPM濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)稍有不同，但大致都呈冬高夏低的趨勢(shì)。PM10和 TPM濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)主要與氣溫、逆溫層、降雨量等氣象條件有關(guān)。同時(shí)研究分析了 TPM的晝夜變化趨勢(shì)，結(jié)果表明 TPM濃度在春冬季主要表現(xiàn)為夜間濃度高于日間濃度，夏秋季則為日間濃度高于夜間濃度。

PM10；顆粒態(tài)汞；時(shí)空分布；研究；沿海地區(qū)；福建

20世紀(jì)90年代以來，北美和歐洲學(xué)者在遠(yuǎn)離汞污染源的地區(qū)檢測(cè)到高濃度的汞［1］，大氣汞的全球輸送及沉降漸漸引起人們的關(guān)注和重視。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 （UNEP）將大氣汞污染列為繼溫室氣體之后的第二個(gè)全球性污染議題。近代工業(yè)革命以來，全球大氣汞通量較工業(yè)革命前約增長(zhǎng) 1～3倍［2］。近年來，歐洲和北美一些地區(qū)通過嚴(yán)格限制大氣汞排放使其大氣汞的沉降通量下降［3～4］。然而，亞洲、非洲等地的大氣汞含量卻有增加的趨勢(shì)［5］，尤其是亞洲地區(qū)。亞洲地區(qū)汞排放量的增加主要是由煤炭、化石燃料等的燃燒引起的。高排放量引起高的沉降量，進(jìn)而對(duì)各種水體和土壤造成污染，并通過食物鏈富集傳遞，影響人類及其它生物的健康。

大氣 中 汞 主 要可 分 為 3種［6］：氣態(tài) 元 素 汞（GEM，elemental gaseous mercury）、活性氣態(tài)汞（RGM，reactive gaseous mercury）和顆粒態(tài)總汞（TPM，total particulate mercury）。TPM為吸附在大氣顆粒物 （如灰塵、煤灰、海鹽氣溶膠、冰晶等）上的汞，其主要成分為吸附于微粒表面的單質(zhì)汞或活性二價(jià)汞、甲基汞等，具有一定的毒性和生物富集力［7］。TPM占大氣氣態(tài)總汞的比例 ＜10%［8］，大氣中的RGM可以較快的速率轉(zhuǎn)化為 TPM，GEM也可被大氣中的強(qiáng)氧化物 （例如OCl－、HOCl、OH·）［9～10］氧化成 TPM。TPM在大氣中可進(jìn)行中等距離的遷移，溶解于雨水或云層中而從大氣中去除，還可通過重力沉降、湍流擴(kuò)散等沉降至水生及陸生生態(tài)系統(tǒng)。盡管大氣中的TPM含量低，但 TPM是大氣汞干濕沉降的主要貢獻(xiàn)者之一，也是衡量大氣汞對(duì)地面生態(tài)系統(tǒng)影響必不可少的重要因素。

近些年，國外對(duì)大氣汞的研究較多，但國內(nèi)研究相對(duì)較少，尤其是沿海地區(qū)不同形態(tài)汞的時(shí)空分布。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廈門灣周邊地區(qū)工業(yè)也隨之興旺，能源的大量消耗及污染物的大量排放帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤以空氣污染最為明顯。本研究在廈門至泉州沿海地區(qū)共設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行為期一年的監(jiān)測(cè)，以了解廈門灣沿海地區(qū)大氣中懸浮顆粒物 （PM10）及顆粒態(tài)汞 （TPM）的時(shí)空分布特征及其區(qū)域差異，為福建沿海地區(qū)大氣污染防治和空氣環(huán)境改善提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)分布

福建省廈門市和泉州市位于福建東南沿海，屬亞熱帶海洋性氣候，春、秋、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。本研究沿著廈門灣在廈門至泉州的沿海地區(qū)設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn) （圖1）進(jìn)行定點(diǎn)采樣，分析大氣中 PM10及TPM濃度的時(shí)空變化趨勢(shì)及區(qū)域差異。其中，廈門采樣點(diǎn)位于廈門市島內(nèi)沿海地區(qū)，周邊主要為文教區(qū)及居住區(qū)，附近有一燃煤電廠；大嶝采樣點(diǎn)位于廈門島外郊區(qū)，屬近岸小島，無典型工業(yè)，人為排放源較少；安海采樣點(diǎn)位于泉州市晉江，周邊工業(yè)較為發(fā)達(dá)；金井采樣點(diǎn)位于泉州市晉江東南區(qū)，近海養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達(dá)； 祥芝采樣點(diǎn)位于泉州灣口，受海上氣流影響較大。

1.2 樣品采集及分析方法

樣品采集分例行性采樣和密集性采樣，其中日間采樣時(shí)間段為08∶30—17∶00，夜間采樣時(shí)間段為17∶00—次日 08∶00。因石英纖維濾膜具有耐壓損、低背景及耐高溫等特性，故利用石英纖維濾膜對(duì)大氣中的 PM10和 TPM進(jìn)行捕集。

濾膜使用前需先進(jìn)行高溫加熱（600℃）預(yù)凈化，凈化后的濾膜密封于雙層密封袋中，室溫保存待用。捕集于濾膜中的TPM利用高溫?zé)徇€原的方法進(jìn)行熱脫附，利用金汞齊富集 －CVAFS法進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣中 PM10與 TPM濃度的總體水平

2010年4月—2011年3月，采樣區(qū)域內(nèi)大氣中PM10與 TPM的濃度范圍分別為 6.4～426.5μg／m3和18.2～3879.4pg／m3，平均濃度分別為 122.5 μg／m3和 947.9pg／m3。結(jié)果表明，廈門和泉州沿海地區(qū)大氣中 TPM平均濃度水平較北半球背景值（1～86 pg／m3）高得多［11］。與國內(nèi)外其他地區(qū)比較，本研究采樣點(diǎn)較加拿大 Toronto［12］、美國 Reno［13］、韓國 Seoul［14］、吉 林 市［15］、四 川?。?6］高，較重慶市［17］低，與北京市［18］、上海市［19］較相似。

為研究不同區(qū)域大氣中 PM10與 TPM濃度的差異，對(duì)5個(gè)采樣點(diǎn)大氣中PM10與TPM濃度進(jìn)行比較。對(duì)于PM10濃度，5個(gè)采樣點(diǎn)的情況表現(xiàn)為：安海＞廈門 ＞金井 ＞大嶝 ＞祥芝。而對(duì)于 TPM濃度，5個(gè)采樣點(diǎn)的情況則表現(xiàn)為：安海＞金井 ＞祥芝 ＞廈門 ＞大嶝。安海采樣點(diǎn)位于鬧市區(qū)，交通較為頻繁，且周邊制鞋廠及服裝廠居多，工業(yè)污染較為明顯，故安海大氣中PM10與 TPM濃度均為最高。而大嶝采樣點(diǎn)位于近海小島，周邊無大型工業(yè)，人為污染源較少，故其大氣中 PM10與 TPM濃度較低。

2.2 大氣中 PM10與 TPM濃度的月變化及季節(jié)變化趨勢(shì)

各個(gè)采樣點(diǎn)大氣中的PM10與TPM濃度的月份統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖 3所示。由圖可知，PM10與TPM在寒冷月份有較高值，而在溫暖月份則呈現(xiàn)較低濃度。這主要是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，大氣對(duì)流層活動(dòng)較不活躍，且降雨的沖刷作用少，使得大氣中懸浮顆粒物濃度較高，且冷月份的低氣溫有利于氣態(tài)汞向TPM轉(zhuǎn)化［20］，故在寒冷月份檢測(cè)到較高濃度的 PM10和 TPM。而在溫暖月份，受雨季及臺(tái)風(fēng)的影響，降雨較多，大氣中的顆粒物被部分沖刷而得以去除，故 PM10和 TPM濃度在溫暖月份呈現(xiàn)較低的趨勢(shì)。

對(duì)不同采樣點(diǎn)大氣中PM10和 TPM濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)分別進(jìn)行比較，如圖4和圖5所示。各采樣點(diǎn)大氣中 PM10濃度和 TPM濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為：冬季 ＞秋季 ＞春季＞夏季。這與 Ying等［21］在臺(tái)灣南部及付學(xué)吾等［22］在貢嘎山的研究結(jié)果一致。在中國北方，寒冷季節(jié)由于燃煤供暖增多，人為排放的汞污染增多，大氣中的汞含量明顯升高。福建沿海地區(qū)冬季無供暖期與非供暖期的區(qū)別，但受東北風(fēng)的影響，含較高汞含量的氣團(tuán)由北方遷移至南部沿海地區(qū)，且秋冬季降雨較少，大氣污染物受雨水沖刷作用小，因此福建沿海地區(qū)空氣中 PM10和 TPM濃度在秋冬季節(jié)相對(duì)較高。此外，冬季平均氣溫較其他季節(jié)低，較低的氣溫有助于附著在大氣顆粒物上的揮發(fā)性物質(zhì)或不穩(wěn)定性物質(zhì)凝 結(jié)［23～24］，使 得大氣顆 粒 物 上揮發(fā)性汞的含量增加，且環(huán)境溫度降低促使氣態(tài)汞向顆粒態(tài)汞轉(zhuǎn)化，從而使 得冬季 的PM10和TPM濃度高于其他季節(jié)。而在春夏兩季，氣溫回升，雖然自然汞釋放量增加，但大量的降雨沖刷大氣中的PM10和 TPM，使得春夏季的大氣中PM10和 TPM被部分去除，兩者在大氣中的濃度相對(duì)較低。

2.3 各采樣點(diǎn)大氣中TPM濃度的晝夜變化趨勢(shì)

各采樣點(diǎn)大氣中 TPM濃度的晝夜變化趨勢(shì)表現(xiàn)為圖6：在春冬季節(jié)，TPM的夜間濃度總體表現(xiàn)為高于日間濃度，夜間濃度高于日間的樣品數(shù)占總樣品數(shù)的55%～64%；而在夏季和秋季，TPM的日間濃度總體表現(xiàn)為高于夜間濃度，日間濃度大于夜間的樣品數(shù)占總樣品的 54%～57%。換言之，采樣區(qū)域內(nèi)大氣中 TPM濃度在春季和冬季呈現(xiàn)夜間控制型，而在夏季和秋季則呈現(xiàn)日間控制型。TPM濃度的晝夜變化主要是受日間邊界層的上升運(yùn)動(dòng)與夜間對(duì)流層的下降運(yùn)動(dòng)影響［24］。對(duì)于春季和冬季，夜間邊界層空氣穩(wěn)定度較大，逆溫層出現(xiàn)頻率較高，不利于空氣的上升運(yùn)動(dòng)，污染物得以積聚，難以擴(kuò)散，故易導(dǎo)致春冬季節(jié)夜間 TPM濃度高于日間TPM濃度。

3 結(jié)論

（1）2010年4月—2011年3月，閩南沿海地區(qū)5個(gè)采樣點(diǎn)的研究結(jié)果顯示：該地區(qū)大氣中PM10與TPM的濃度范圍分別為6.4～426.5 μg／m3和18.2～3879.4 pg／m3，平均值分別為122.5 μg／m3和947.9 pg／m3。

（2）福建省廈門和泉州沿海地區(qū)大氣中 PM10和TPM濃度在寒冷月份相對(duì)較高，溫暖月份則相對(duì)較低。大氣中PM10和TPM濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為冬季 ＞秋季＞春季 ＞夏季。PM10與 TPM濃度的月份及季節(jié)變化趨勢(shì)主要受氣溫、降雨、大氣邊界層等氣象因素的影響。

（3）春季和冬季，大氣中TPM濃度呈夜間控制型，夜間濃度高于日間濃度；而夏季和秋季則呈日間控制型，日間濃度高于夜間濃度。

致謝：

感謝臺(tái)灣中山大學(xué)袁中新教授以及廈門大學(xué)吳水平老師課題組對(duì)本研究顆粒物樣品的支持。

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Temporal and Spatial Distribution of Inhalable Particles and Atmospheric Particulate Mercury in Coastal Area

WU Ping－ping，LIU Yan，LUO Jin－jing
（College of the Environment＆Ecology，Xiamen University，Xiamen Fujian 361102 China）

Inhalable particles（PM10）and total particulate mercury（TPM）in the coastal area along Xiamen and Quanzhou of Fujian Province were monitored for one year.The results showed that in the time period of April 2010 to March 2011，the average concentration of PM10was 122.5 μg／m3（6.4～426.5μg／m3），while the average concentration of TPM was 947.9 pg／m3（18.2～3879.4 pg／m3）.The seasonal variation showed that winter had the highest concentration of PM10and TPM and summer had the lowest concentration of them.Different sampling sites had different trends.Seasonal variation was related to temperature，thermal inversion layer and precipitation. The diurnal variation showed that the concentration of TPM was higher at night than in the daytime in spring and winter，while the concentration of TPM was higher in the daytime than at night in summer and autumn.

PM10；TPM；temporal and spatial distribution；study；coastal area；Fujian

X16

A

1673－9655（2014）04－0024－05

2014－03－10