珠江口海域大氣中重金屬季節(jié)變化特征及其與氣象因子的關(guān)系

（國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 廣州 510300）

珠江口海域大氣中重金屬季節(jié)變化特征及其與氣象因子的關(guān)系

王欣睿，葉劍軍，倪志鑫，鐘煜宏

（國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 廣州 510300）

利用2013-2015年珠江口海域代表春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的氣溶膠質(zhì)量濃度資料及同期的氣象觀測數(shù)據(jù)，分析得出大氣中重金屬（Cu、Pb、Zn）質(zhì)量濃度具有秋季最高，冬季次之，春、夏季較低的季節(jié)變化特征，這一特征與氣象因子及污染來源關(guān)系密切。除春季外，夏、秋、冬季，大氣中Cu、Pb、Zn之間具有良好的顯著相關(guān)性，說明大氣中賦存Cu、Pb、Zn的顆粒物一部分來源相同。春、夏季，當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南向時(shí)，氣團(tuán)較清潔，大氣污染物濃度低；秋、冬季，當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|向及北風(fēng)向時(shí)，污染物由內(nèi)陸源及沿海源輸送，大氣污染物濃度高。氣象條件對大氣中重金屬含量具有重要的影響，且其相關(guān)性隨季節(jié)變化明顯。通過SPSS 19.0軟件對大氣中Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與近地面風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對濕度等做曲線回歸分析，嘗試找出各污染物濃度變化與氣象因子的定量關(guān)系。結(jié)果表明，春、夏季，當(dāng)氣溫＞27℃時(shí)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著正相關(guān)；夏季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓、相對濕度 (＞90%)呈顯著負(fù)相關(guān)；秋季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速和相對濕度（＞65%）具有顯著負(fù)相關(guān)；冬季，當(dāng)氣壓在1005.0～1015.0 hPa范圍內(nèi)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈顯著正相關(guān)。

大氣；重金屬；變化特征；氣象因子；珠江口海域

隨著珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大氣污染問題變得越發(fā)嚴(yán)峻，這直接關(guān)系到生態(tài)環(huán)境、人體健康及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等。海洋氣溶膠中重金屬的研究，逐漸引起了人們的關(guān)注，顆粒態(tài)的金屬來源主要分為陸地源、海洋源及人為源，通過干、濕沉降進(jìn)入海洋，對海洋生態(tài)環(huán)境及生物地球化學(xué)循環(huán)起到重要作用。Cu是海洋生物的必須元素，但過量的Cu卻對生物有害。Pb和Cd通過大氣長距離輸送、食物鏈富集等，毒性危害嚴(yán)重（陳立奇等，1999）。海水及生物體中重金屬含量主要取決于海域的污染程度及生物體種類、大小等（李娟英等，2013）。大氣顆粒物中的重金屬通過大氣沉降入海，影響了海洋化學(xué)特性 （Arimoto et al，1985）。Pb通過大氣與河流輸送入海的量基本相等。Al、Fe、Mn等地殼元素的河流輸送是主要的，輸送量是大氣的5倍左右，而Zn、Pb、Cd、Ni等重金屬的河流輸送量與大氣輸送量相似，說明大氣是海洋重金屬污染物的重要來源。

影響海洋大氣污染的原因很多，除污染源外，氣象條件是一個(gè)非常重要的因素。污染源在一定條件下，污染物濃度大小主要取決于氣象條件（蔣維楣等，1993；吳兌等，2001）。影響污染物在大氣中累積、輸送、稀釋和擴(kuò)散的主要?dú)庀笠蜃佑酗L(fēng)向、風(fēng)速、降水、大氣穩(wěn)定度及天氣形勢等（隋珂珂，2007）。對珠江三角洲大氣污染的分布特征及影響因素研究相對較多，楊武等（2012）分析了大氣污染過程、對應(yīng)的天氣系統(tǒng)與氣象因子之間的關(guān)系。羅森波（2006）利用天氣圖等資料，得出廣州市四季大氣污染與各種天氣類型的關(guān)系，分析氣象因子與污染過程半定量關(guān)系，獲得大氣污染過程的天氣概念模型及氣象因子指標(biāo)。馮建軍等（2009）定量分析了PM10與降雨量、相對濕度、平均溫度和氣壓之間的關(guān)系。吳兌（2008）分析珠江三角洲近地層風(fēng)及其對嚴(yán)重霾天氣過程和清潔對照過程的影響。針對珠江三角洲地區(qū)的大氣污染相關(guān)問題學(xué)者也進(jìn)行過較深入的研究（Feng et al，2007；Fan et al，2008）。大氣顆粒物濃度受局地氣象因子控制，降雨量越小、溫度越低、相對濕度越小、風(fēng)速越小，區(qū)域大氣總懸浮顆粒物濃度越高。除了氣象因子外，大氣顆粒物的濃度還與污染源排放強(qiáng)度、與污染源的距離密切相關(guān)（周凱等，2009）。

對于珠江三角洲陸地的大氣污染特征及影響因素研究較多，但是對于珠江口海域上空大氣污染物的影響因素研究卻幾乎是空白。本文通過分析春、夏、秋、冬四季大氣總懸浮顆粒物中Cu、Pb、Zn的平均質(zhì)量濃度與風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對濕度的關(guān)系，得到不同季節(jié)各污染物質(zhì)量濃度與氣象因子之間的量化關(guān)系。從而了解不同氣象條件下大氣中重金屬濃度的變化情況，為有效控制并預(yù)測污染物提供有利的科學(xué)依據(jù)。

1 樣品采集與分析

采樣觀測點(diǎn)（21.9°N，113.7°E）位于珠江口海域大萬山島山頂?shù)臍庀笥^測場內(nèi)（圖1），本監(jiān)測點(diǎn)是島基監(jiān)測點(diǎn)，與監(jiān)測海域的扇形角度為360°，周圍無局地大氣污染源和障礙物。

2013-2015年每年于2月、5月、8月、10月進(jìn)行4次監(jiān)測，每次監(jiān)測時(shí)長為1個(gè)月。采用智能型大流量空氣總懸浮顆粒物無碳刷采樣器（SP/ PM10，TH-1000CⅡ） 采集氣溶膠樣品，使用Whatman 41號(hào)天然纖維濾膜，濾膜孔徑為0.4 μm。每次采集樣品時(shí)間均為連續(xù)24小時(shí)，采樣結(jié)束后，將收集面對折在濾膜里面，放入潔凈干燥的聚乙烯塑料袋密封，在4℃條件下冷藏保存。為防止玷污樣品使用清潔塑料鑷子和一次性塑料手套進(jìn)行操作。采集氣溶膠樣品過程中，同步觀測風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對濕度等氣象因子。

海洋氣溶膠樣品均采用火焰原子吸收分光光度法測定，將載有大氣懸浮顆粒物的濾膜經(jīng)硝酸——高氯酸消化制備成樣品溶液，在特征譜線324.7 nm、283.3 nm、213.9 nm處測量基態(tài)原子對空心陰極燈特征輻射的吸收，根據(jù)吸光度與檢測樣中金屬濃度成正比進(jìn)行定量分析，測定Cu、Pb、Zn的含量，變異系數(shù)分別為9.6%、8.9%、7.4%。

圖1 珠江口海域氣溶膠采樣站位

2 數(shù)據(jù)資料篩選與處理

本研究將大氣總懸浮顆粒物中重金屬含量較高的Cu、Pb、Zn作為討論重點(diǎn)，通過嚴(yán)格篩選，剔除采樣累計(jì)時(shí)間不足24小時(shí)的氣溶膠樣品，將2013-2015年分別于2、5、8、10月獲取的294個(gè)氣溶膠樣品的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別代表冬、春、夏、秋4個(gè)季節(jié)珠江口海域大氣Cu、Pb、Zn干沉降狀況。以同步觀測的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對濕度的日均值反映監(jiān)測日的天氣情況。本文利用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與討論

3.1大氣中重金屬的季節(jié)變化特征

本文將4個(gè)季節(jié)的大氣中Cu、Pb、Zn質(zhì)量濃度變化范圍、季平均值及樣本量列于表1。就季節(jié)變化而言，Cu、Pb、Zn的平均質(zhì)量濃度均具有明顯的季節(jié)變化特征。Cu的質(zhì)量濃度表現(xiàn)為秋季＞冬季＞春季＞夏季。Pb、Zn濃度的季節(jié)變化特征一致，即秋季＞冬季＞夏季＞春季。各污染物濃度均具有秋季最高，冬季次之，春、夏季較低的特征。

表1 珠江口海域大氣總懸浮顆粒物中重金屬質(zhì)量濃度變化范圍及平均值

本文統(tǒng)計(jì)結(jié)果與早期的研究（王欣睿等，2014）2009-2011年珠江口海域氣溶膠中Cu、Pb、Zn的平均質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征基本一致，即表現(xiàn)為秋季高，冬、春季次之，夏季最低。只是本次研究中Pb、Zn的質(zhì)量濃度春季低于夏季。海洋大氣顆粒物沉降入海主要通過干沉降和濕沉降兩種途徑。降水對于大氣顆粒物具有沖刷、清除作用。統(tǒng)計(jì)本研究采樣時(shí)段的降雨量見表2，僅從降雨對大氣顆粒物的清除作用來看，春季的降雨量明顯高于其他季節(jié)，降雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長對大氣顆粒物中Pb和Zn的清除作用明顯，而顆粒態(tài)Cu主要賦存在半徑為2 μm的顆粒物中，雨除和沖刷對半徑為2 μm左右的顆粒物無明顯的去除作用（余新安等，2004；戴樹桂等，1996；龔香宜等，2006）。所以大氣中Cu的沉降受降雨量影響不明顯；受降雨沖刷影響明顯的Pb和Zn，其含量表現(xiàn)為春季低于夏季。

表2 珠江口海域四季氣象因子平均值

表3 珠江口海域大氣中重金屬間的相關(guān)系數(shù)

3.2大氣中Cu、Pb、Zn之間的相關(guān)關(guān)系

為分析珠江口海域大氣顆粒物中典型重金屬之間的關(guān)系，本文計(jì)算了春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)大氣中Cu、Pb、Zn之間的相關(guān)系數(shù)列于表3。

大氣中的Cu、Pb、Zn主要來自人為污染源，主要賦存于小于10 μm的粒徑中（祁建華等，2006）。Pb主要來源于汽車尾氣、土壤塵、燃煤煙塵、燃油煙塵等。Cu主要來源于地殼風(fēng)化、金屬加工、機(jī)械制造等（陳立奇等，1998）。Zn主要是由輪胎的磨損、鍍鋅材料及橡膠產(chǎn)品中鋅化合物的使用所貢獻(xiàn)的（姚青等，2013）。粒徑可以直接影響氣溶膠在大氣環(huán)境中的壽命。細(xì)粒徑的粒子容易長期滯留在大氣中，甚至長距離遷移到偏遠(yuǎn)地區(qū)；而粗粒子受重力作用極易沉降（韓冰雪，2015）。

從表3可見，夏、秋、冬季，Cu、Pb、Zn之間表現(xiàn)為良好的顯著相關(guān)性，尤其是夏季Cu與Pb、Zn的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.825、0.848，且相關(guān)性極其顯著。說明大氣中賦存Cu、Pb、Zn的顆粒物部分來源相同。春季，Pb與Zn相關(guān)系數(shù)為0.428，顯著相關(guān)。Cu與Pb、Zn均無顯著相關(guān)性，說明該季賦存Pb與Zn的顆粒物部分來源相同，而Cu與Pb、Zn基本不同源。從Cu、Pb、Zn的來源分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了Pb、Zn的質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征具有一致性且有別與Cu的原因。

3.3氣象因子對大氣中Cu、Pb、Zn質(zhì)量濃度的影響

由于大氣中重金屬的來源、累積、輸送、擴(kuò)散等過程和化學(xué)變化的復(fù)雜性，為進(jìn)一步了解珠江口海域大氣中重金屬的質(zhì)量濃度與氣象因子之間的關(guān)系，以便更好地利用氣象資料做好大氣污染物的統(tǒng)計(jì)預(yù)測。本文利用SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對濕度等的相關(guān)系數(shù)并做進(jìn)一步的曲線回歸估計(jì)，以最優(yōu)的擬合曲線來嘗試找出各污染物濃度與氣象因子的定量關(guān)系。

3.3.1 氣象因子與大氣中重金屬濃度的相關(guān)性

珠江口海域四季大氣污染物濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)列于表4。

從表4中可見，春季，Pb、Zn與氣壓、風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)；Cu與各氣象因子無顯著相關(guān)性。說明一般情況下，春季的氣壓、風(fēng)速、氣溫是影響Pb、Zn濃度高低的主要?dú)庀笠蜃?。夏季，Cu、Pb、Zn與相對濕度、氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，與氣溫呈顯著正相關(guān)。反映了一般情況下，當(dāng)氣壓高、濕度大、氣溫低，不利于污染物的擴(kuò)散，污染物濃度升高，反之亦然。秋季，Zn與風(fēng)速、氣溫、相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，Cu與風(fēng)速、氣壓、相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，Pb與相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)。不同污染物對氣象因子的變化響應(yīng)各不相同，Cu、Pb、Zn的濃度與相對濕度具有較一致的相關(guān)性。冬季，Cu、Pb、Zn與氣壓呈顯著正相關(guān)，Cu、Pb與相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)。說明各污染物濃度的高低主要依賴于氣壓及相對濕度。

3.3.2 風(fēng)向?qū)Υ髿庵兄亟饘贊舛鹊挠绊?/p>

風(fēng)是大氣邊界層內(nèi)影響污染物擴(kuò)散的原動(dòng)力，風(fēng)向決定大氣污染物輸送的方向。本文將風(fēng)向資料按照16個(gè)方位進(jìn)行劃分，繪制春、夏、秋、冬季的風(fēng)向玫瑰圖，如圖2。

珠江口海域受季風(fēng)影響顯著，春、夏季主要受來自海上的偏南暖濕氣流影響，該海域的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南向，頻率分別為40%、42%，氣團(tuán)較清潔，污染物濃度低（表5）。秋季，該海域的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南向和北向，頻率分別為51%和20%。與其他風(fēng)向相比，北風(fēng)向頻率增大，大氣中各污染物濃度明顯偏高。冬季，該海域的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南偏東、東和北向，頻率分別為25%、23%、23%。秋、冬季受東北季風(fēng)的影響，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|及北風(fēng)向時(shí)，污染物經(jīng)過內(nèi)陸及沿海遠(yuǎn)距離輸送、混合、沉降，造成大氣顆粒物中污染物濃度明顯偏高。這個(gè)結(jié)論與影響珠三角地區(qū)顆粒物高污染時(shí)段的氣流輸送主要來源內(nèi)陸東北氣團(tuán)和沿海氣團(tuán)的結(jié)論相一致（李志成等，2011）。

表5 珠江口海域四季主導(dǎo)風(fēng)向及對應(yīng)的大氣中重金屬濃度

3.3.3 風(fēng)速對大氣中重金屬濃度的影響

大氣顆粒物濃度受風(fēng)速的影響機(jī)理較復(fù)雜，風(fēng)速小利于污染物的累積，風(fēng)速大利于污染物的稀釋和擴(kuò)散。當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定閾值，風(fēng)速的增大反而利于吹起地面揚(yáng)塵，及增強(qiáng)污染物遠(yuǎn)距離輸送，使大氣顆粒物中重金屬濃度增加（郭利等，2011；張人文等，2011）。

從圖3可見，春季，Pb的質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，隨著風(fēng)速增大，Pb含量逐漸升高。Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈顯著相關(guān)性。當(dāng)風(fēng)速在2.0～5.5 m/s范圍內(nèi)，Zn的質(zhì)量濃度隨風(fēng)速增大而增大；當(dāng)風(fēng)速＞5.5 m/s時(shí)，Zn的質(zhì)量濃度隨風(fēng)速的增大而降低。Cu的質(zhì)量濃度與風(fēng)速無顯著相關(guān)性。夏季，Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速無顯著的相關(guān)關(guān)系，Cu的質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈顯著正相關(guān)。秋季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著風(fēng)速的不斷增加，各污染物的質(zhì)量濃度逐漸降低。冬季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速相關(guān)性不顯著。珠江口海域上空無局地的污染源，空氣較清潔，大氣中重金屬主要是通過遠(yuǎn)距離輸送、混合、沉降入海。冬季，平均風(fēng)速高，且北風(fēng)頻率明顯增加，雖然污染物濃度與風(fēng)速相關(guān)性不顯著，但是都表現(xiàn)為風(fēng)速低于9.0 m/s條件下，風(fēng)力增強(qiáng)利于污染物的稀釋和擴(kuò)散，污染物濃度隨風(fēng)速增大而減??；風(fēng)速＞9.0 m/s時(shí)，風(fēng)力增強(qiáng)，污染物通過遠(yuǎn)距離輸送使Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度升高。這與珠江三角洲局地污染物排放較少的區(qū)域，平均風(fēng)速達(dá)到一定時(shí)，因污染物的長距離輸送而造成濃度增加的結(jié)論相一致（張人文等，2011）。

以上分析得出，春季，Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速具有顯著相關(guān)性，Cu的質(zhì)量濃度與風(fēng)速無顯著相關(guān)。而夏季恰相反，Cu的質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速無顯著相關(guān)性。秋季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速具有一致的顯著負(fù)相關(guān)性。冬季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速無顯著相關(guān)性，但當(dāng)風(fēng)速＞9.0 m/s時(shí)，風(fēng)力增強(qiáng)，因遠(yuǎn)距離輸入而使污染物濃度升高。

3.3.4 氣溫對大氣中重金屬濃度的影響

氣溫對大氣中污染物濃度的影響主要是與空氣對流活動(dòng)有關(guān)。氣溫越高，大氣對流運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，利于大氣污染物擴(kuò)散及遠(yuǎn)距離輸送，污染物濃度降低；氣溫越低，對流運(yùn)動(dòng)越弱，因近地面空氣向外強(qiáng)烈輻射迅速冷卻降溫而形成逆溫層，污染物不易擴(kuò)散，大氣污染物濃度會(huì)升高（袁楊森 等，2007）。珠江口海域氣溫的季節(jié)性差異致使大氣中污染物濃度表現(xiàn)為秋、冬季高，春、夏季低。

圖3 珠江口海域四季大氣中重金屬濃度與風(fēng)速的相關(guān)性

從圖4可見，春季，氣溫與污染物濃度的擬合曲線形似“U”型，相關(guān)性顯著。當(dāng)氣溫達(dá)到27℃時(shí)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度最低。夏季，當(dāng)氣溫＞27℃時(shí)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著正相關(guān)。夏季易出現(xiàn)下沉逆溫，大氣層結(jié)穩(wěn)定，污染物不易擴(kuò)散（羅森波等，2006），致使污染物濃度隨著溫度的升高而增大。秋季，氣溫與Zn的質(zhì)量濃度呈顯著相關(guān)性，當(dāng)氣溫為24℃時(shí)，Zn的質(zhì)量濃度達(dá)到最大；Cu、Pb的質(zhì)量濃度與氣溫相關(guān)性不顯著。冬季，Zn的質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，即隨著氣溫的升高，Zn的質(zhì)量濃度逐漸減??；Cu、Pb的質(zhì)量濃度與氣溫相關(guān)性不顯著。

以上分析得出，春、夏季，當(dāng)氣溫＞27℃時(shí)，大氣中Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度隨氣溫的升高而增大。秋、冬季，僅Zn的質(zhì)量濃度與氣溫具有顯著相關(guān)性，Cu、Pb濃度變化與氣溫相關(guān)性不顯著。

3.3.5 氣壓對大氣中重金屬質(zhì)量濃度的影響

污染物濃度的季節(jié)性差異可能與天氣形勢密切相關(guān)。當(dāng)?shù)孛媸艿蛪嚎刂茣r(shí)，四周高壓氣團(tuán)流向中心，中心形成上升氣流，通常風(fēng)力較大，利于污染物向上擴(kuò)散，大氣污染物濃度較??；地面受高壓控制時(shí)，中心部位出現(xiàn)下沉氣流，阻止污染物向上擴(kuò)散，在穩(wěn)定高壓的控制下，大氣污染加重，污染物濃度較大（慕彩云等，2011）。珠江口海域秋、冬季氣壓高，大氣污染物不易擴(kuò)散，致使污染物濃度高；春、夏季氣壓低，利于大氣污染物擴(kuò)散、大氣污染物濃度低。

從圖5可見，春季，Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈顯著正相關(guān)，即隨著氣壓的增大，污染物濃度逐漸升高。Cu的質(zhì)量濃度與氣壓相關(guān)性不顯著。夏季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈負(fù)顯著相關(guān)性。秋季，Cu的質(zhì)量濃度與氣壓具有負(fù)相關(guān)性。Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓無顯著相關(guān)性。冬季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈顯著相關(guān)性。當(dāng)氣壓在1 005.0～1 015.0 hPa范圍內(nèi)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈穩(wěn)定的正相關(guān)；當(dāng)氣壓＞1 015.0 hPa，Cu、Pb質(zhì)量濃度依然隨著氣壓的升高而增大，Zn的質(zhì)量濃度表現(xiàn)為隨著氣壓增高而降低。

圖4 珠江口海域四季大氣中重金屬濃度與氣溫的相關(guān)性

以上分析得出，夏、冬季，污染物濃度與氣壓具有顯著的相關(guān)關(guān)系，且正負(fù)相關(guān)性截然相反。春季，Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈正相關(guān)性，Cu含量與氣壓無顯著相關(guān)性。秋季與春季相反。

3.3.6 相對濕度對大氣中重金屬濃度的影響

當(dāng)空氣中相對濕度大，懸浮顆粒物在運(yùn)動(dòng)過程中與空氣中的液滴發(fā)生慣性碰撞，使較大的顆粒物被液滴俘獲，夾帶著顆粒物的液滴，受重力作用沉降下來。濕沉降作用的大小取決于降水中液滴的大小、懸浮顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)直徑等因素（周凱等，2009）?？諝鉂穸仍龃罂纱龠M(jìn)空氣中懸浮的細(xì)小顆粒沉降，此時(shí)隨著相對濕度的增大，大氣污染物濃度減小；空氣中濕度繼續(xù)增大，水汽可吸附更多的細(xì)小顆粒，易于形成穩(wěn)定的大氣層結(jié)，不利于污染物的擴(kuò)散，致使污染物濃度增大（慕彩云等，2011）。

從圖6可見，春季，Zn的質(zhì)量濃度與相對濕度具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；Cu、Pb的質(zhì)量濃度與相對濕度無顯著相關(guān)性。夏季，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與相對濕度具有一致的顯著相關(guān)性。當(dāng)相對濕度≤90%時(shí)，污染物濃度隨著增濕而減小；當(dāng)相對濕度＞90%時(shí)，污染物濃度隨著增濕而升高。秋季，Pb的質(zhì)量濃度與相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)。Cu、Zn的質(zhì)量濃度與相對濕度的相關(guān)性顯著。當(dāng)相對濕度≤65%，Cu、Zn的質(zhì)量濃度隨著空氣濕度的升高而升高；當(dāng)相對濕度＞65%，Cu、Zn的質(zhì)量濃度隨著增濕而降低。冬季，Cu、Pb的質(zhì)量濃度與相對濕度具有顯著的相關(guān)性，Zn的質(zhì)量濃度與相對濕度相關(guān)性不顯著，但當(dāng)相對濕度在70%～ 90%條件下，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度均表現(xiàn)為隨著相對濕度的增加而逐漸降低。

圖5 珠江口海域四季大氣中重金屬濃度與氣壓的相關(guān)性

綜上所述，春季，僅有Zn的質(zhì)量濃度與相對濕度具有顯著的負(fù)相關(guān)性，Cu、Pb的質(zhì)量濃度與相對濕度無顯著相關(guān)性。夏、秋、冬季，當(dāng)相對濕度在70%～90%條件下，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度均隨著相對濕度的增加而逐漸降低。

4 結(jié)論

（1）珠江口海域大氣顆粒物中Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度均具有秋季最高，冬季次之，春夏季最低的季節(jié)變化特征。這一特征與污染物來源、氣象條件等關(guān)系密切。

（2）春季，珠江口海域賦存Pb與Zn的顆粒物一部分來源相同，而Cu與Pb、Zn基本不同源。除春季外，夏、秋、冬季，大氣中Cu、Pb、Zn之間具有良好的顯著相關(guān)性，夏季尤其顯著，說明賦存重金屬的顆粒物一部分來源相同。

（3）近地面的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓和相對濕度等氣象條件對大氣中重金屬含量具有重要的影響，其相關(guān)性隨季節(jié)變化明顯。春、夏季，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南向時(shí)，氣團(tuán)較清潔，大氣污染物濃度低。秋、冬季，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|及北向時(shí)，污染物經(jīng)過內(nèi)陸及沿海遠(yuǎn)距離輸送，大氣污染物濃度高。春季，風(fēng)速、氣壓、氣溫是影響Pb、Zn濃度的主要?dú)庀笠蜃樱籔b、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓、風(fēng)速（2.0～5.5 m/s）呈顯著正相關(guān)；當(dāng)氣溫＞27℃時(shí)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著正相關(guān)；一定的氣象條件下，高溫、高壓、高風(fēng)速利于Pb、Zn質(zhì)量濃度的升高。夏季，氣壓、相對濕度和氣溫是影響大氣污染物濃度的主要?dú)庀笠蜃?；Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓、相對濕度 (＞90%)呈顯著負(fù)相關(guān)，與氣溫（＞27℃）呈顯著正相關(guān)；低壓、低濕、高溫利于大氣污染物濃度升高。秋季，影響污染物濃度的主要?dú)庀笠蜃邮秋L(fēng)速和相對濕度；Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與風(fēng)速和相對濕度（＞65%）具有一致的顯著負(fù)相關(guān)性。冬季，影響污染物濃度的主要?dú)庀笠蜃邮菤鈮汉拖鄬穸?；?dāng)氣壓在1 005.0～1 015.0 hPa范圍內(nèi)，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度與氣壓呈一致的正相關(guān)性；當(dāng)相對濕度在70%～90%條件下，Cu、Pb、Zn的質(zhì)量濃度均隨著相對濕度的增加而逐漸降低。

圖6 珠江口海域四季大氣中重金屬濃度與相對濕度的相關(guān)性

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（本文編輯：袁澤軼）

Seasonal variation characteristics of heavy metals in the atmosphere and its relationship with meteorological factors over the Pearl River Estuary

WANG Xin-rui,YE Jian-jun,NI Zhi-xin,ZHONG Yu-hong
（South China SeaEnvironmental Monitoring Center,SOA,Guangzhou 510300,China）

The variation characteristics of aerosol chemical compositions in four seasons from 2013 to 2015 and their relationship with meteorological factors were analyzed.The highest concentrations of heavy metals(Cu,Pb and Zn)were recorded in autumn,lower concentrations in winter and lowest in spring and summer,which was closely related to the meteorological factors and the pollution sources.Good significant correlations between the concentrations of Cu,Pb and Zn were found in summer,autumn and winter,which indicated the three heavy metals coming from the same pollution source. The concentrations of atmospheric pollutants were relatively low in spring and summer when the prevailing wind is from the southeast,while the higher concentrations were found in autumn and winter when the pollutants were apt to be transported from the inland to the coastal area by the north and north-east wind.The heavy metal concentrations in the aerosol were affected significantly by the meteorological conditions,and their correlations varied with the seasonal change.Regression analysis of pollutant concentrations and the meteorological factors,including wind speed,air temperature,air pressure and relative humidity,were performed using software SPSS 19.0,trying to figure out the quantitative relation between the concentration of each pollutant and the meteorological factors.In spring and summer,when the temperature is greater than27℃,the concentrations of Cu,Pb and Zn were significantly positively related to temperature.In summer,when the humidity is greater 90%,the concentrations of Cu,Pb and Zn were significantly negative related to air pressure and humidity.In autumn,when the humidity is greater 65%,the concentrations of Cu,Pb and Zn were significantly negative related to wind speed and humidity.In winter,when the air pressure within the scope of 1 005.0 to 1 015.0 hPa,the concentrations of Cu,Pb and Zn were positively related to air pressure.

atmosphere;heavy metal;variation characteristics;meteorological factor;the Pearl river Estuary

P402

A

1001-6932（2016）06-0632-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.06.005

2016-06-20；

2016-09-11

廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（2014B030301064）；國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（GCMAC1209）。

王欣睿（1981-），女，碩士，工程師，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測與評(píng)價(jià)研究。電子郵箱：xinruiwang666@163.com。