沿海气溶胶对大气汞形态分布特征的影响机制研究

Aerosol plays an important role in the transformation and transportation of the speciated mercury in atmosphere, and the deposition of different speciated mercury is the main approach to the process of biogeochemical cycle. However, the impact mechanism of aerosol on the distribution of speciated mercury was poorly known. Atmospheric mercury pollution in China now becomes more and more serious; the project intends to choose the typical site located in the interface between sea and continent and its corresponding background site in Southeastern China as observation area. Through the combined research methods of field observation, laboratory experiment, tracer of stable isotopes and models simulation, this study are (1) to demonstrate the dynamic distribution characteristics of atmospheric mercury species and aerosol in coastal area; (2) to elucidate the impact mechanism of aerosol on the distribution characteristics of the speciated mercury in coastal atmosphere in local area; (3) to assess the interface effect on atmospheric mercury by aerosol in coastal area using the improved model of CMAQ-Hg. These potential research findings might provide scientific evidences for enriching the theory on the process of mercury biogeochemistry, and basic data for the researches on the multinational transportation of atmospheric mercury and strategy of mercury pollution control.

气溶胶中的化学成分对大气汞的形态分布与迁移规律具有重要的影响作用，从而在大气汞的干湿沉降等地球化学循环过程中扮演着重要的角色，但目前有关气溶胶对大气汞的形态分布影响机制尚未十分清楚。本项目以我国日益严重的大气环境汞污染问题为背景，选择我国东南沿海典型的陆海界面及其背景点作为研究区域，通过外场观测、实验表征、同位素示踪和模式模拟等方法和手段，研究沿海大气环境中不同形态汞和气溶胶的动态分布特征，辨析沿海气溶胶对局地大气汞形态分布特征的影响机制。利用改进的CAMQ-Hg模式，模拟评估沿海气溶胶对区域大气汞形态分布行为的界面效应。本项目的潜在研究成果，对完善我国沿海地区大气汞的地球化学循环过程理论具重要的科学意义，也可为大气汞的跨界输送机制研究以及汞的污染治理决策提供基础数据。

气溶胶中的化学成分对大气汞的形态分布与迁移规律具有重要的影响作用。本研究在海陆界面观测站位(宁波站)开展了为期两年大气形态汞以及一年的气溶胶化学组分的观测。研究期间宁波站单质汞(GEM)、颗粒态汞(PBM)和活性气态汞(RGM)的浓度分别为2.4 ± 0.9 ng/m3、320 ± 371 pg/m3和82.7 ± 91.6 pg/m3。宁波站GEM和PBM冬季最高，RGM春季最高；GEM表现为“双峰型”日变化趋势，PBM浓度夜间较高，RGM白天较高。PBM在大气总汞中的占比表现为冬春季较高，该季节NO3 (硝酸盐)和Chl(氯盐)在颗粒物中的占比较高。本研究分析了宁波站和大梅山站(背景站位)气溶胶(PM2.5)样品和近海海水样品中的汞含量和汞同位素组成。海水汞浓度与宁波站PM2.5中汞浓度正相关，而与大梅山相关性较差，表明宁波站PM2.5和海水均受到近海人为活动排放汞的影响。汞同位素分析结果表明海水汞同位素组成与人为排放汞相似；而PM2.5中汞受到光致还原反应的影响，表现出较大的odd-MIF正值。宁波站大气氧化汞(RM)在大气总汞(TGM)中的占比为14.1%。夏季RM/TGM比值与SOR、NOR呈现显著的正相关性，表明夏季大气氧化性强，有利于GEM向RM进行转化。RM/TGM比值随着Na+浓度等级升高而升高，表明海洋源总体有利于大气形态汞中RM的比例提高。宁波站氧化汞主要以颗粒相存在。冬季温度低，颗粒物浓度高，大气RM更容易吸附在颗粒物上。颗粒物的化学组成对大气RM的气-粒分配过程有较大影响。当颗粒物中有机组分、硝酸盐组分以及氯盐组分占比更高时，大气RM更倾向于在颗粒相中分配；而颗粒物中硫酸盐和铵盐组分占比较高时，大气RM更倾向于在气相中分配。本研究较系统地揭示了沿海相关界面大气汞的相互关系和影响因素，有助于科学认识沿海气溶胶对局地大气汞形态分布特征的影响机制。