中國科學院大氣物理研究所大氣分中心系列研究顯示:我國華北區域大氣硫、氮和重金屬沉降量已成為全球最高區域之一。
乾濕沉降是大氣自然淨化的重要途徑,如果這一過程將大量人為汙染物從大氣攜帶到地表,將進一步加重土壤和水體汙染。我國目前對大氣汙染物的源排放、大氣理化過程,及其在霾形成中的作用研究較多,但對汙染物的匯機制(去向和歸趨)缺乏系統研究,對大氣汙染物的沉降通量更是鮮有報導。重要的是,有毒有害物質通過大氣沉降進入土壤-農作物生態系統後沿生物鏈逐級傳遞、富集,最終危害人體健康,針對這一潛在風險的科學認識亟待提高。
近年來,大氣所研究員王躍思課題組的副研究員潘月鵬、助理研究員唐貴謙和吳丹博士全面評估了華北區域硫、氮和重金屬等汙染物的乾濕沉降通量,並對它們的生態風險進行了評價。這是基於華北大氣沉降觀測網絡展開的系列研究,首批數據集成結果在Atmos. Chem. Phys.等國際刊物陸續發表。該網絡涵蓋了京津冀魯典型城市群、工業區、農田、郊區和森林背景區等十個站點,自2007年起採用統一規範的觀測方案,每年採集幾千個乾濕沉降樣品,通過大量實驗分析研究區域內營養物質(碳、氮、硫和磷)和汙染物(重金屬和多環芳烴等)的乾濕沉降量;特別是結合大氣化學與傳輸模型估算活性氮和含硫氣態汙染物的幹沉降量,填補了以往研究的空白。
研究發現,華北已成為中國,乃至全球氮、硫等酸性物質和重金屬等有害汙染物沉降量最高的區域之一,目前的沉降通量水平與歐美歷史最高觀測記錄相當,並且已經超過了自然生態系統所能承受的臨界負荷。華北區域每平方公裡每年平均大氣硫和氮沉降量分別達到了6.5噸(圖1)和6.1噸(圖2);重金屬鉛的年均沉降量已達到每平方公裡14千克(圖3)。
建議在制定大氣汙染物減排措施和政策時,應當全面考慮乾濕沉降對陸地和水體生態系統的長期影響,加強相關監測和預警研究。
論文信息:
Pan, Y. P. and Wang, Y. S.: Atmospheric wet and dry deposition of trace elements at 10 sites in Northern China, Atmos. Chem. Phys., 15, 951-972, doi:10.5194/acp-15-951-2015, 2015.
Pan, Y. P., Wang, Y. S., Tang, G. Q., and Wu, D.: Spatial distribution and temporal variations of atmospheric sulfur deposition in Northern China: insights into the potential acidification risks, Atmos. Chem. Phys., 13, 1675-1688, doi:10.5194/acp-13-1675-2013, 2013.
Pan, Y. P., Wang, Y. S., Tang, G. Q., and Wu, D.: Wet and dry deposition of atmospheric nitrogen at ten sites in Northern China, Atmos. Chem. Phys., 12, 6515-6535, doi:10.5194/acp-12-6515-2012, 2012.
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圖1 華北大氣硫的乾濕沉降總量(SO2排放源格點數據引自Zhang et al., 2009)
圖2a 華北大氣還原性氮的乾濕沉降總量
圖2b 華北大氣氧化性氮的乾濕沉降總量
圖3 華北大氣重金屬鉛的乾濕沉降總量(SO2排放源格點數據引自Zhang et al., 2009)