大連市大氣中氣態(tài)總汞的時(shí)間分布特征研究

李銘巾

（大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023）

大連市大氣中氣態(tài)總汞的時(shí)間分布特征研究

李銘巾

（大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023）

為研究大連市大氣中氣態(tài)總汞的時(shí)間分布特征，采用Lumex RA-915AM型測(cè)汞儀對(duì)大連市氣態(tài)總汞進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年（2015年）的連續(xù)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：2015年大連市氣態(tài)總汞年平均值為3.72 ng/m3；季節(jié)濃度高低順序?yàn)榇杭荆鞠募荆径荆厩锛?；月均值最大值出現(xiàn)在夏季，日均值最大值出現(xiàn)在春季；春季氣態(tài)總汞濃度白天明顯高于夜間，而夏季則白天明顯低于夜間，秋季、冬季白天與夜間氣態(tài)總汞濃度沒(méi)有明顯差別。

大連；大氣；氣態(tài)總汞；時(shí)間分布特征；研究

1 研究背景

自20世紀(jì)50年代末期，日本汞污染引起“水俁病”，之后各國(guó)便開(kāi)始逐漸重視汞的生物地球化學(xué)演化規(guī)律的研究[1]。隨著化石燃料燃燒、金屬冶煉等人為活動(dòng)不斷向大氣釋放大量的汞，全球大氣汞濃度逐年增加，環(huán)境汞污染不斷加劇，汞已被公認(rèn)為“全球性污染物”。

目前北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)大氣汞的研究相對(duì)比較系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)一些城市和地區(qū)也開(kāi)展過(guò)零星的研究，如長(zhǎng)春、北京、蘭州、重慶、貴陽(yáng)、上海、青島等地，但國(guó)內(nèi)對(duì)大氣中汞的研究還比較薄弱。其重要原因之一是樣品的采集和分析技術(shù)的局限性，由于大氣中汞的濃度一般為pg/m3或ng/m3級(jí)，對(duì)采樣富集技術(shù)要求比較高。先前的研究主要涉及汞在大氣中的化學(xué)演化、自然水體和土壤表面向大氣釋放汞通量以及人為活動(dòng)向大氣排放汞的研究，而對(duì)于近地面大氣汞的分布研究則薄弱得多[2]。了解污染物的分布是環(huán)境規(guī)劃和污染治理的前提，而大氣汞又具有擴(kuò)散范圍廣、時(shí)空差異大的特點(diǎn)，這使得大氣汞的時(shí)空分布成為近期研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本研究采用汞自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)儀對(duì)大連市區(qū)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行了近一年的監(jiān)測(cè)，研究汞的時(shí)間分布特征，為大連市環(huán)境保護(hù)和治理提供參考依據(jù)，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)大氣汞的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 調(diào)查研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)區(qū)域概況

大連市地處歐亞大陸東岸，遼東半島最南端，位于東經(jīng)120°58'～123°31'、北緯38°43'～40° 10'之間，東瀕黃海，與朝鮮對(duì)望，西臨渤海，與華北為鄰，南與山東半島隔海相望，北依東北平原。

大連市屬沿海低山丘陵地貌區(qū)，是遼東丘陵山地的一部分，地貌包括山地、丘陵、海巖階地和島嶼4種基本類型。半島呈東北—西南走向，北寬南窄，地勢(shì)由半島中部軸線向東南側(cè)黃海及西北側(cè)渤海傾斜，構(gòu)成中央高東西兩側(cè)低、北高南低尾翹起的脊?fàn)畹孛草喞?。大連市位于北半球的暖溫帶地區(qū)，大氣環(huán)流以西風(fēng)帶和副熱帶系統(tǒng)為主，屬海洋性特點(diǎn)的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季分明，季風(fēng)盛行。大連市多年年平均氣溫在8.8～10.5℃之間，夏季平均氣溫在22℃左右，春秋兩季平均氣溫分別在8～9℃和11～13℃之間。

2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、時(shí)間及頻次

大氣汞包括氣態(tài)總汞和顆粒態(tài)汞。氣態(tài)總汞是按照操作程序定義的，一般指能通過(guò)0.45 μm孔徑濾膜或其他簡(jiǎn)單的過(guò)濾裝置如石英棉的氣態(tài)汞。氣態(tài)總汞主要由Hg0組成 (＞90%)，另外還有少量的其他揮發(fā)性汞化合物，如HgCl2、HgBr2、CH3HgCl或（CH3）2Hg等，除Hg0（ng/m3級(jí)），其他形態(tài)的氣態(tài)汞一般都在pg/m3水平上。顆粒態(tài)汞也是按操作程序定義的組分，指與大氣顆粒物（或氣溶膠）相結(jié)合的汞，既包括吸附于顆粒物表面的揮發(fā)性汞（如HgO和HgCl2），也包括與顆粒物結(jié)合的HgO、HgS等[3]。

大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在“十二運(yùn)”期間購(gòu)置了“超級(jí)站”，位于市監(jiān)測(cè)中心頂樓（即“星海三站”測(cè)點(diǎn)）。該“超級(jí)站”可同時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)多項(xiàng)污染物及氣象參數(shù)，使用的大氣汞監(jiān)測(cè)設(shè)備為L(zhǎng)umex RA-915AM型測(cè)汞儀，其測(cè)汞原理為塞曼效應(yīng)背景校正原子吸收光譜法。根據(jù)其原理，應(yīng)用該儀器監(jiān)測(cè)大氣中的氣態(tài)總汞。該點(diǎn)位處于大連市中心市區(qū)沙河口區(qū)，周圍分布有醫(yī)院、住宅及交通干道，監(jiān)測(cè)結(jié)果能較好地代表該城市的污染水平。

為了能夠找出氣態(tài)總汞在一年中的變化規(guī)律，根據(jù)儀器的運(yùn)行情況，2015年度是儀器故障最少、數(shù)據(jù)最多的一年，因此筆者將2015年1月1日至2015年12月30日的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象。在該年度中，1月1日至13日、1月15日、6月7日、10月22日儀器故障沒(méi)有氣態(tài)總汞數(shù)據(jù)。

該儀器氣態(tài)總汞的采樣頻次為1個(gè)數(shù)據(jù)/min，然后根據(jù)不同的需要取用不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)均值進(jìn)行分析，比如取用小時(shí)均值、日均值等。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

后續(xù)的分析中取用最小時(shí)間單位數(shù)值為小時(shí)均值，因小時(shí)均值數(shù)據(jù)太多不便一一列出，表1列出了氣態(tài)總汞監(jiān)測(cè)結(jié)果日均值及月均值的匯總，表中有少量?jī)x器故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失，以“/”表示。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 氣態(tài)總汞年均值

根據(jù)表1，2015年氣態(tài)總汞年平均值為3.72 ng/m3，和大連自然、人文環(huán)境十分接近的青島相比較，青島氣態(tài)元素汞（GEM）的平均濃度為（5.75±4.25）ng/m3[4-5]，可看出結(jié)果較為接近，略優(yōu)于青島。查閱國(guó)內(nèi)外其他城市和地區(qū)的氣態(tài)總汞數(shù)據(jù)[6-11]，明顯高于全球背景值1.5～2.0 ng/m3，比國(guó)外部分報(bào)導(dǎo)城市的氣態(tài)總汞水平略高，但整體上要優(yōu)于國(guó)內(nèi)北京、長(zhǎng)春、重慶、貴陽(yáng)、桂林等已報(bào)導(dǎo)的一些城市的氣態(tài)總汞水平，明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)長(zhǎng)白山、四川貢嘎山等空氣質(zhì)量較好地區(qū)。

3.2.2 氣態(tài)總汞季節(jié)分布特征

以季節(jié)作為研究時(shí)間段，1月、2月、12月為冬季，3月、4月、5月為春季，6月、7月、8月為夏季，9月、10月、11月為秋季。由表1數(shù)據(jù)分別做出2015年氣態(tài)總汞日均值變化趨勢(shì)圖，如圖1；2015年氣態(tài)總汞月均值柱狀圖，如圖2；2015年氣態(tài)總汞季度均值柱狀圖，如圖3。

表1 氣態(tài)總汞監(jiān)測(cè)結(jié)果日均值及月均值 ng/m3

由圖1、圖2及圖3可以看出，氣態(tài)總汞日均值、月均值、季度均值變化趨勢(shì)基本一致。春季、夏季氣態(tài)總汞濃度最高，分別為4.47 ng/m3、4.38 ng/m3，明顯高于秋季、冬季的2.68 ng/m3、3.36 ng/m3。因此大連市氣態(tài)總汞季節(jié)濃度高低順序?yàn)榇杭荆鞠募荆径荆厩锛?，與文獻(xiàn)報(bào)道的康涅狄格州[12]情況相近，但與青島[4]和三峽庫(kù)區(qū)[8]的監(jiān)測(cè)結(jié)果不同。通常來(lái)說(shuō)，人為干擾小的地區(qū)冬季大氣汞濃度最高，夏季最低，而有人為排放源的地區(qū)則往往有相反的結(jié)果，例如青島的排序?yàn)橄募荆敬杭荆径荆厩锛?，即夏季最高。再加上其他因素的影響，所以不同地區(qū)大氣中氣態(tài)總汞的季節(jié)濃度均值往往呈現(xiàn)出不同的排序。從大連市氣態(tài)總汞季節(jié)濃度高低順序來(lái)看，并沒(méi)有像青島那樣明顯受到人為源的影響，分析原因是測(cè)點(diǎn)雖然處在市區(qū)，周圍有醫(yī)院、居民區(qū)、鍋爐房及交通干道，但距離海邊也只有1 000多米，且處于海的北邊，夏季受到南海風(fēng)的稀釋作用較大，所以春季反而大于夏季。由于大連與青島地形地貌、氣候環(huán)境等都十分相似，因此其他季節(jié)的排序相同，也就是說(shuō)氣候、地理位置及人為源等多重影響導(dǎo)致大連這樣的排序結(jié)果。

3.2.3 氣態(tài)總汞最大值分布特征

根據(jù)圖1及圖2，2015年大連市氣態(tài)總汞月均值最大的三個(gè)月分別是6月5.70 ng/m3、4月5.37 ng/m3及1月4.59 ng/m3，月均值最大值出現(xiàn)在夏季。2015年大連市氣態(tài)總汞日均值最大的三天分別是4月22日8.60 ng/m3、6月8日8.31 ng/m3及4月15日8.28 ng/m3，日均值最大值出現(xiàn)在春季。相對(duì)于氣態(tài)總汞的季節(jié)濃度均值，月均值與日均值時(shí)間跨度較小，受氣候、人為源、自然源等影響的偶然因素明顯增多，某個(gè)月份或某日均值出現(xiàn)較大值均有可能，但基本也是分布在春、夏、冬三個(gè)季節(jié)。

3.2.4 氣態(tài)總汞不同季度小時(shí)分布特征

圖1 2015年氣態(tài)總汞日均值變化

將每個(gè)季節(jié)的每天同一時(shí)間點(diǎn)的氣態(tài)總汞小時(shí)均值再平均，得到不同季節(jié)每天不同時(shí)間點(diǎn)的氣態(tài)總汞濃度，以這些濃度以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間作圖，得到2015年氣態(tài)總汞不同季度小時(shí)均值折線圖，如圖4。

圖2 2015年氣態(tài)總汞月均值

圖3 2015年氣態(tài)總汞季度均值

圖4 2015年氣態(tài)總汞不同季度小時(shí)均值

從圖4中可以看出，大連市春季氣態(tài)總汞濃度白天明顯高于夜間，而夏季則白天明顯低于夜間，秋季、冬季白天與夜間氣態(tài)總汞濃度沒(méi)有明顯差別。夏季氣態(tài)總汞濃度白天明顯低于夜間，目前比較公認(rèn)的解釋是夜間出現(xiàn)的大氣邊界層能捕獲大氣汞，使氣態(tài)總汞濃度升高，日出后大氣熱混合加劇，使邊界層厚度增大，從而稀釋了氣態(tài)總汞濃度[13]。大氣中氣態(tài)總汞日變化的影響因素很多，諸如氣溫、日照、人為因素等，所以根據(jù)目前查閱的文獻(xiàn)看，不同地區(qū)不同季節(jié)幾乎都呈現(xiàn)出不同的變化情況。

4 結(jié)論

大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心采用“超級(jí)站”中的大氣汞監(jiān)測(cè)設(shè)備Lumex RA-915AM型測(cè)汞儀，對(duì)能較好的代表該城市污染水平的“星海三站”測(cè)點(diǎn)大氣中的氣態(tài)總汞進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的連續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2015年1月1日至2015年12月30日。

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析后，得到了大連市氣態(tài)總汞年均值、氣態(tài)總汞季節(jié)分布特征、氣態(tài)總汞最大值分布特征、氣態(tài)總汞不同季度小時(shí)分布特征等時(shí)間分布特征。概括如下：2015年大連市氣態(tài)總汞年平均值為3.72 ng/m3，明顯高于全球背景值1.5～2.0 ng/m3，比國(guó)外部分報(bào)導(dǎo)城市的氣態(tài)總汞水平略高，但整體上要優(yōu)于國(guó)內(nèi)北京、長(zhǎng)春、重慶、貴陽(yáng)、桂林、青島等已報(bào)導(dǎo)的一些城市的氣態(tài)總汞水平；大連市氣態(tài)總汞日均值、月均值、季度均值變化趨勢(shì)基本一致，氣態(tài)總汞季節(jié)濃度高低順序?yàn)榇杭荆鞠募荆径荆厩锛?，與康涅狄格州情況相同，但與青島和三峽庫(kù)區(qū)的監(jiān)測(cè)結(jié)果不同，氣候、地理位置及人為源等多重影響導(dǎo)致大連這樣的排序結(jié)果；2015年大連市氣態(tài)總汞月均值最大值出現(xiàn)在夏季，日均值最大值出現(xiàn)在春季，相對(duì)于氣態(tài)總汞的季節(jié)濃度均值，月均值與日均值時(shí)間跨度較小，受氣候、人為源、自然源等影響的偶然因素明顯增多；大連市春季氣態(tài)總汞濃度白天明顯高于夜間，而夏季則白天明顯低于夜間，秋季、冬季白天與夜間氣態(tài)總汞濃度沒(méi)有明顯差別。研究過(guò)程中對(duì)部分特征可能的原因進(jìn)行了分析，對(duì)目前國(guó)內(nèi)該方面的研究具有一定參考意義。

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（編輯：程 ?。?/p>

A Research on Time Distribution Characteristics of Total Gaseous Mercury in The Atmosphere of Dalian City

Li Mingjin
（Dalian Environmental Monitoring Center,Dalian Liaoning 116023,China）

In order to research the time distribution characteristics of total gaseous mercury in the atmosphere of Dalian city,Lumex RA-915AM mercury analyzer were used to monitor the total gaseous mercury of Dalian city for one year(2015).The results showed that the annual average value of the total gaseous mercury of Dalian city was 3.72 ng/m3in 2015.The descending order on the total gaseous mercury concentration of different season was spring,summer,winter,autumn.The monthly mean maximum value appeared in summer and the daily mean maximum value appeared in spring. The total gaseous mercury concentration in the spring day was significantly higher than that at night, but the summer day was significantly lower than the summer night,and there was no obvious difference between the day and the nigh in the autumn and winter.

Dalian,atmosphere,total gaseous mercury,time distribution characteristics,research

X511

A

1008-813X（2017）01-0061-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.01.16

2016-11-16

李銘巾（1983－），女，遼寧錦州人，畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)，工程師，主要從事環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作。