人工增雨對大氣顆粒污染物濃度的消減作用分析

張向軍

（內蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟氣象局，內蒙古 錫林浩特 026000）

一、實驗研究

（一）采樣方法

隨機收集不同環(huán)境下的大氣顆粒污染物與人工增雨后雨水樣品,采樣區(qū)域為隨機挑選的某森林,挑選晴朗無風或是微風的天氣進行短時間采樣,大氣顆粒污染物采樣點共存在十個,擬定森林已經被分為了四個區(qū)域,同時四個區(qū)域的面積大小都存在較小差異,因此按樹林、松林、柏林與平原各兩個點,馬路上的空曠區(qū)域內存在的兩個點,依靠采樣器對大氣顆粒污染物進行采樣,憑借濃度儀對空曠區(qū)域與四種劃分林進行測定同時記錄讀數(shù),空曠區(qū)域的大氣顆粒污染物濃度也通過顆粒污染物濃度儀測定,經過分析測定植物葉片內大氣顆粒污染物含量,來評測人工增雨對大氣顆粒污染物濃度的消減程度。

（二）測定方法

大氣中顆粒污染物的測定算法使用傳統(tǒng)鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。顆粒污染物濃度能夠通過儀器直接測定獲得,而水滴上吸附的顆粒污染物,能夠通過較為傳統(tǒng)的測定算法進行處理,即:人工增雨過后,取適當雨水,在燒杯內進行蒸餾,逐漸蒸發(fā)水源,使附著在水滴上的顆粒污染物脫落。

（三）大氣顆粒污染物濃度的日變化

降水的重要性在于云內的吸附過程和降水沖刷，分析降雨量、降水時數(shù)和降水強度對大氣污染物濃度的影響發(fā)現(xiàn)，降水強度最重要，降水強度大，清洗系數(shù)就大，大氣污染物濃度隨降水強度增大而迅速減少。人工增雨能夠有效增加降水強度及雨滴沉降時間，對環(huán)境空氣質量影響效果最好。挑選一個存在高濕、高溫的天氣,當日收集樣本的時間段是從早至夜晚,期間平均的溫度是29.5℃,風速較小,約為1m/s,在這種較為平穩(wěn)的天氣環(huán)境下,大氣顆粒污染物的排放不會容易擴散,顆粒污染物會嚴重干擾能見度。挑選高溫高濕天氣、增雨天氣與晴朗天氣內存在的代表性1h 數(shù)據(jù),顆粒污染物濃度呈現(xiàn)三峰值分布,其粒徑是100nm 的顆粒污染物濃度最高,為了能夠方便表示顆粒污染物的濃度分布特征,使用對數(shù)正態(tài)參數(shù)化式對數(shù)譜分布進行參數(shù)化處理,就是通過幾種模態(tài)完成處理。每種模態(tài)顆粒污染物的中值粒徑、模態(tài)相應的顆粒污染物總濃度與集合指標偏差來模擬顆粒污染物的分布,通過儀器檢測出的大氣顆粒污染物質量分布,在高濕、高溫的天氣情況下顆粒污染物的質量濃度呈現(xiàn)雙模態(tài)分布,在1.0μm～1.8μm 粒徑段就會展現(xiàn)較高的峰值,第二種峰值呈現(xiàn)在3.2μm～5.6μm 粒徑段,大氣顆粒污染物內每種粒徑區(qū)域的質量濃度分別是170.68μm/m3與249.35μg/m3,這就證明,這種天氣情況下大氣顆粒污染物,特別是粒徑較細的顆粒污染物,其污染效果會比其他顆粒要更為嚴重,并且顆粒污染物內還存在硝酸鹽與硫酸鹽,這兩種顆粒也存在較高的質量濃度,其主要寄存在粒徑較細的污染物內,是主要的二次污染源,顆粒污染物的濃度分別是54.5μg/m3與32.6μg/m3,其內存在的兩種鹽質量濃度分布都呈現(xiàn)單峰分布,其峰值都呈現(xiàn)在32.6μg/m3粒徑段,在高濕、高溫的天氣情況下,很有可能會出現(xiàn)成云過程,并且,因為主要吸濕性的粒子都位于較細的污染物顆粒內,高溫悶熱的夜晚會使?jié)穸壬仙?細粒子的質量濃度分布會變寬。但是降雨也導致了近地面濕度增加，在較高的相對濕度和靜風的氣象條件下形成了霧霾天氣；另一方面，這種天氣條件下細顆粒污染物不易擴散稀釋，顆粒物不斷累積，形成霾污染。在高濕、高溫的天氣情況下,太陽的輻射較為強烈,并且光化學反應生成的二次污染物不容易擴散,細小的顆粒污染物質量與濃度都要超過正常天氣。高濕、高溫天氣與高濃度的顆粒污染物會對人體與自然環(huán)境造成影響。

（四）人工增雨對顆粒污染物濃度的消減作用分析

增雨過程里顆粒污染物濃度變化。該實驗挑選九場人工增雨,對降雨前中后流程內大氣顆粒污染物濃度的變化進行分析,其中后幾場降雨值呈現(xiàn)兩種連續(xù)的變化,大氣顆粒污染物的濃度隨降雨變化而變化，因為雨水的吸附與沖刷作用,除了個別情況以外,大氣顆粒污染物濃度值會隨著降雨,整體上會出現(xiàn)逐步下降的趨勢。在增雨完成之后,顆粒污染物的濃度會逐漸回復到之前的狀態(tài),大氣顆粒污染物的質量濃度也存在相似的變化規(guī)律,在降雨過程內兩者的關聯(lián)性較好,關聯(lián)系數(shù)是0.98,這就證明大氣顆粒污染物會受到人工降雨的影響,濃度降低。在大氣污染物中，水溶性有機物約占PM2.5 有機物總量的20%～80%。并且，相對濕度高的空氣導致顆粒物表面對氣態(tài)污染物更容易吸附，使得污染氣體易于吸收或吸附在顆粒表面。低空急流的氣流多來自熱帶海洋上空，是動量、熱量和水汽的集中帶，是輸送大氣能量和水汽的通道，容易產生暴雨等天氣。低空急流占總個例的l%。降水的重要性在于云內的吸附過程和降水沖刷,分析降雨量、降水時數(shù)和降水強度對大氣污染物濃度的影響,發(fā)現(xiàn)降水強度最重要,污染物濃度隨降水強度增大而迅速減少.重慶冬半年24h 降雨量較大時,相應的降水時數(shù)也較長,對應的每小時的降水強度也較小,此時人工增雨能夠比較有效增加降水強度,對環(huán)境空氣質量影響效果最好。降雨流程內顆粒污染物緩沖能力大氣顆粒污染物內存在酸解能力,這種存在酸解的顆粒污染物如果出現(xiàn)大量聚合的情況,就會與云產生關聯(lián),這就可能導致在降雨的過程中普通雨水會轉化為酸雨,因此文章擬定在增雨前中后的過程中,降雨對顆粒污染物的酸緩沖能力,將顆粒污染物的酸緩沖性能擬定為值,其變化的狀況酸緩沖能力變化大氣顆粒污染物酸緩沖能力值會隨著降雨時間推移,出現(xiàn)顯著的下滑趨勢,在停止降雨后,又會恢復平穩(wěn)。由于空氣質量的連續(xù)性,在有降水的日子里增雨后的第2 天,其空氣質量也將受到增雨的影響,如果第2 天有降水,則其空氣質量受當日降水影響更大,如果第2 天沒有降水,則增雨效果也會對第2 天仍有影響。這時因為大氣顆粒污染物內的堿性成分被雨水沖刷,使酸緩沖的能力上升,同時在降雨之后土壤等較粗的顆粒污染物又會重新融入環(huán)境空氣內,使顆粒污染物的酸緩沖能力值得到增加。人工增雨前后無機離子變化擬定人工增雨前后大氣顆粒污染物中,可溶性組分的大氣濃度對比,如人工增雨后大氣顆粒污染物中的可溶性組分的濃度要比人工增雨前的濃度,出現(xiàn)明顯的下滑,這是因為在降雨的過程中,雨水會通過吸附效果,捕捉大量的可溶性組分。這就說明人工增雨后大氣顆粒污染物的濃度聚合效果會降至最低。

二、人工增雨改善空氣質量防治

（一）人工增雨條件

根據(jù)人工增雨機制以及實際作業(yè)經驗提出人工增雨條件：1.云降水處于發(fā)展或持續(xù)階段，云中有比較深厚的上升氣流，云下蒸發(fā)較弱，云厚較大，過冷云層較厚，云底較低。2.云中有過冷水，在較厚的層次里有較大的冰面過飽和水汽值，同時冰晶濃度較低則更有利。

（二）人工增雨改善空氣質量潛力日的確定

一般來說，有利于開展人工增雨的天氣形勢，都可以進行人工增雨改善空氣質量作業(yè)。但考慮到自然24h 降雨量大于6mm 時，空氣質量會有明顯凈化作用，空氣質量就會達標，因此，人工增雨改善空氣質量作業(yè)最好選擇24h 自然降雨量小于6mm的天氣系統(tǒng)進行作業(yè)。春季和夏季對西南低渦、切變線、低空急流等系統(tǒng)實施人工增雨作業(yè)時，對冷暖空氣勢力強、云系穩(wěn)定少動、輻合特征明顯且降水強度大的過程要慎重開展，以免引發(fā)暴雨事件的發(fā)生；而秋冬兩季則因暴雨機會小，西南低渦、切變線、低空急流等系統(tǒng)可作為人工增雨作業(yè)的有利天氣進行系統(tǒng)實施。準確預測降水天氣系統(tǒng)變化，特別是降水天氣系統(tǒng)移動方向是人工增雨的基礎，在測雨雷達的監(jiān)視下，對天氣系統(tǒng)實施增雨作業(yè)是人工增雨的保障。降雨雖然能依靠其濕沉降作用使減少，但在風速較小、濕度較大的時候，降雨對濃度的影響并不顯著。一般在風速較大的時候，有利于污染物稀釋擴散，如果在這種條件下再有降雨，即使降水過后水汽蒸發(fā)導致近地面濕度增加，較大的風速和降雨的共同作用可以對當日濃度降低起很大的促進作用。如果應用人工增雨方法達到減少某地區(qū)的目的，需要根據(jù)作業(yè)區(qū)的條件制定方案。夏季在風速小、溫濕度大的天氣條件下，用人工增雨的作用僅僅能在降水區(qū)域短時間內降低濃度，而隨著時間推移，當日的平均濃度不僅不一定會降低，反而有可能因為大量地面水氣的蒸發(fā)，氣溶膠難以擴散可能導致數(shù)值升高。如果在風速較大的時候開展人工降雨，特別有助于降低當日的濃度，所以，如果在氣溫、風速條件好的情況下進行人工降雨或增雨作業(yè)，在風力促進擴散污染物的同時，污染物也因降雨得到沉降，因此可以對當日甚至未來幾天的濃度減少起到積極促進作用。

（三）人工增雨與大氣外來污染物防治

考慮到各區(qū)域間空氣污染相互影響日益嚴重，一個區(qū)域或一個城市群的污染及其污染物的排放，有可能造成跨區(qū)域的影響。受地理與天氣控制，福州大氣污染與周邊污染物排放源有關，大氣污染過程加重的重要因素之一是周邊污染物的輸入。福州污染日的大氣污染物外來影響主要有兩個來向，一是長江三角洲地區(qū)，二是福建中南沿海，長江三角洲地區(qū)霧霾污染是主要外來污染源，因此，在消除外來污染的人工增雨作業(yè)工作中，要重點在外來污染通道沿線上風方增設人工增雨作業(yè)點，實施人工增雨，建立防護雨帶，把外來污染清除在福州市區(qū)以外。例如在連江、羅源等地設人工增雨作業(yè)點，增強清除外來大氣污染物的效果。

目前,建筑揚塵、工業(yè)廢棄物排放量急速增加,使得大氣污染問題日益嚴重。為了明確人工增雨對大氣顆粒污染物濃度的消減作用,文章應用多種分析規(guī)則對人工增雨下大氣顆粒污染物消減作用展開綜合研究,并獲得了一系列有效的觀測數(shù)據(jù)。但研究還存在一定缺點:大氣環(huán)境存在的干擾較多,如氣壓、氣候、風向、濕度和采樣點周圍狀況的變化等,都會對結果產生干擾,導致采樣不可避免地受到偶然因素的影響。因此,下一步的研究將在不同氣象因素影響下分析人工增雨對大氣顆粒污染物消減速度的作用。