人工增雨对大气颗粒污染物浓度的消减作用分析

张向军

（内蒙古自治区锡林郭勒盟气象局，内蒙古 锡林浩特 026000）

一、实验研究

（一）采样方法

随机收集不同环境下的大气颗粒污染物与人工增雨后雨水样品,采样区域为随机挑选的某森林,挑选晴朗无风或是微风的天气进行短时间采样,大气颗粒污染物采样点共存在十个,拟定森林已经被分为了四个区域,同时四个区域的面积大小都存在较小差异,因此按树林、松林、柏林与平原各两个点,马路上的空旷区域内存在的两个点,依靠采样器对大气颗粒污染物进行采样,凭借浓度仪对空旷区域与四种划分林进行测定同时记录读数,空旷区域的大气颗粒污染物浓度也通过颗粒污染物浓度仪测定,经过分析测定植物叶片内大气颗粒污染物含量,来评测人工增雨对大气颗粒污染物浓度的消减程度。

（二）测定方法

大气中颗粒污染物的测定算法使用传统盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。颗粒污染物浓度能够通过仪器直接测定获得,而水滴上吸附的颗粒污染物,能够通过较为传统的测定算法进行处理,即:人工增雨过后,取适当雨水,在烧杯内进行蒸馏,逐渐蒸发水源,使附着在水滴上的颗粒污染物脱落。

（三）大气颗粒污染物浓度的日变化

降水的重要性在于云内的吸附过程和降水冲刷，分析降雨量、降水时数和降水强度对大气污染物浓度的影响发现，降水强度最重要，降水强度大，清洗系数就大，大气污染物浓度随降水强度增大而迅速减少。人工增雨能够有效增加降水强度及雨滴沉降时间，对环境空气质量影响效果最好。挑选一个存在高湿、高温的天气,当日收集样本的时间段是从早至夜晚,期间平均的温度是29.5℃,风速较小,约为1m/s,在这种较为平稳的天气环境下,大气颗粒污染物的排放不会容易扩散,颗粒污染物会严重干扰能见度。挑选高温高湿天气、增雨天气与晴朗天气内存在的代表性1h 数据,颗粒污染物浓度呈现三峰值分布,其粒径是100nm 的颗粒污染物浓度最高,为了能够方便表示颗粒污染物的浓度分布特征,使用对数正态参数化式对数谱分布进行参数化处理,就是通过几种模态完成处理。每种模态颗粒污染物的中值粒径、模态相应的颗粒污染物总浓度与集合指标偏差来模拟颗粒污染物的分布,通过仪器检测出的大气颗粒污染物质量分布,在高湿、高温的天气情况下颗粒污染物的质量浓度呈现双模态分布,在1.0μm～1.8μm 粒径段就会展现较高的峰值,第二种峰值呈现在3.2μm～5.6μm 粒径段,大气颗粒污染物内每种粒径区域的质量浓度分别是170.68μm/m3与249.35μg/m3,这就证明,这种天气情况下大气颗粒污染物,特别是粒径较细的颗粒污染物,其污染效果会比其他颗粒要更为严重,并且颗粒污染物内还存在硝酸盐与硫酸盐,这两种颗粒也存在较高的质量浓度,其主要寄存在粒径较细的污染物内,是主要的二次污染源,颗粒污染物的浓度分别是54.5μg/m3与32.6μg/m3,其内存在的两种盐质量浓度分布都呈现单峰分布,其峰值都呈现在32.6μg/m3粒径段,在高湿、高温的天气情况下,很有可能会出现成云过程,并且,因为主要吸湿性的粒子都位于较细的污染物颗粒内,高温闷热的夜晚会使湿度上升,细粒子的质量浓度分布会变宽。但是降雨也导致了近地面湿度增加，在较高的相对湿度和静风的气象条件下形成了雾霾天气；另一方面，这种天气条件下细颗粒污染物不易扩散稀释，颗粒物不断累积，形成霾污染。在高湿、高温的天气情况下,太阳的辐射较为强烈,并且光化学反应生成的二次污染物不容易扩散,细小的颗粒污染物质量与浓度都要超过正常天气。高湿、高温天气与高浓度的颗粒污染物会对人体与自然环境造成影响。

（四）人工增雨对颗粒污染物浓度的消减作用分析

增雨过程里颗粒污染物浓度变化。该实验挑选九场人工增雨,对降雨前中后流程内大气颗粒污染物浓度的变化进行分析,其中后几场降雨值呈现两种连续的变化,大气颗粒污染物的浓度随降雨变化而变化，因为雨水的吸附与冲刷作用,除了个别情况以外,大气颗粒污染物浓度值会随着降雨,整体上会出现逐步下降的趋势。在增雨完成之后,颗粒污染物的浓度会逐渐回复到之前的状态,大气颗粒污染物的质量浓度也存在相似的变化规律,在降雨过程内两者的关联性较好,关联系数是0.98,这就证明大气颗粒污染物会受到人工降雨的影响,浓度降低。在大气污染物中，水溶性有机物约占PM2.5 有机物总量的20%～80%。并且，相对湿度高的空气导致颗粒物表面对气态污染物更容易吸附，使得污染气体易于吸收或吸附在颗粒表面。低空急流的气流多来自热带海洋上空，是动量、热量和水汽的集中带，是输送大气能量和水汽的通道，容易产生暴雨等天气。低空急流占总个例的l%。降水的重要性在于云内的吸附过程和降水冲刷,分析降雨量、降水时数和降水强度对大气污染物浓度的影响,发现降水强度最重要,污染物浓度随降水强度增大而迅速减少.重庆冬半年24h 降雨量较大时,相应的降水时数也较长,对应的每小时的降水强度也较小,此时人工增雨能够比较有效增加降水强度,对环境空气质量影响效果最好。降雨流程内颗粒污染物缓冲能力大气颗粒污染物内存在酸解能力,这种存在酸解的颗粒污染物如果出现大量聚合的情况,就会与云产生关联,这就可能导致在降雨的过程中普通雨水会转化为酸雨,因此文章拟定在增雨前中后的过程中,降雨对颗粒污染物的酸缓冲能力,将颗粒污染物的酸缓冲性能拟定为值,其变化的状况酸缓冲能力变化大气颗粒污染物酸缓冲能力值会随着降雨时间推移,出现显著的下滑趋势,在停止降雨后,又会恢复平稳。由于空气质量的连续性,在有降水的日子里增雨后的第2 天,其空气质量也将受到增雨的影响,如果第2 天有降水,则其空气质量受当日降水影响更大,如果第2 天没有降水,则增雨效果也会对第2 天仍有影响。这时因为大气颗粒污染物内的碱性成分被雨水冲刷,使酸缓冲的能力上升,同时在降雨之后土壤等较粗的颗粒污染物又会重新融入环境空气内,使颗粒污染物的酸缓冲能力值得到增加。人工增雨前后无机离子变化拟定人工增雨前后大气颗粒污染物中,可溶性组分的大气浓度对比,如人工增雨后大气颗粒污染物中的可溶性组分的浓度要比人工增雨前的浓度,出现明显的下滑,这是因为在降雨的过程中,雨水会通过吸附效果,捕捉大量的可溶性组分。这就说明人工增雨后大气颗粒污染物的浓度聚合效果会降至最低。

二、人工增雨改善空气质量防治

（一）人工增雨条件

根据人工增雨机制以及实际作业经验提出人工增雨条件：1.云降水处于发展或持续阶段，云中有比较深厚的上升气流，云下蒸发较弱，云厚较大，过冷云层较厚，云底较低。2.云中有过冷水，在较厚的层次里有较大的冰面过饱和水汽值，同时冰晶浓度较低则更有利。

（二）人工增雨改善空气质量潜力日的确定

一般来说，有利于开展人工增雨的天气形势，都可以进行人工增雨改善空气质量作业。但考虑到自然24h 降雨量大于6mm 时，空气质量会有明显净化作用，空气质量就会达标，因此，人工增雨改善空气质量作业最好选择24h 自然降雨量小于6mm的天气系统进行作业。春季和夏季对西南低涡、切变线、低空急流等系统实施人工增雨作业时，对冷暖空气势力强、云系稳定少动、辐合特征明显且降水强度大的过程要慎重开展，以免引发暴雨事件的发生；而秋冬两季则因暴雨机会小，西南低涡、切变线、低空急流等系统可作为人工增雨作业的有利天气进行系统实施。准确预测降水天气系统变化，特别是降水天气系统移动方向是人工增雨的基础，在测雨雷达的监视下，对天气系统实施增雨作业是人工增雨的保障。降雨虽然能依靠其湿沉降作用使减少，但在风速较小、湿度较大的时候，降雨对浓度的影响并不显著。一般在风速较大的时候，有利于污染物稀释扩散，如果在这种条件下再有降雨，即使降水过后水汽蒸发导致近地面湿度增加，较大的风速和降雨的共同作用可以对当日浓度降低起很大的促进作用。如果应用人工增雨方法达到减少某地区的目的，需要根据作业区的条件制定方案。夏季在风速小、温湿度大的天气条件下，用人工增雨的作用仅仅能在降水区域短时间内降低浓度，而随着时间推移，当日的平均浓度不仅不一定会降低，反而有可能因为大量地面水气的蒸发，气溶胶难以扩散可能导致数值升高。如果在风速较大的时候开展人工降雨，特别有助于降低当日的浓度，所以，如果在气温、风速条件好的情况下进行人工降雨或增雨作业，在风力促进扩散污染物的同时，污染物也因降雨得到沉降，因此可以对当日甚至未来几天的浓度减少起到积极促进作用。

（三）人工增雨与大气外来污染物防治

考虑到各区域间空气污染相互影响日益严重，一个区域或一个城市群的污染及其污染物的排放，有可能造成跨区域的影响。受地理与天气控制，福州大气污染与周边污染物排放源有关，大气污染过程加重的重要因素之一是周边污染物的输入。福州污染日的大气污染物外来影响主要有两个来向，一是长江三角洲地区，二是福建中南沿海，长江三角洲地区雾霾污染是主要外来污染源，因此，在消除外来污染的人工增雨作业工作中，要重点在外来污染通道沿线上风方增设人工增雨作业点，实施人工增雨，建立防护雨带，把外来污染清除在福州市区以外。例如在连江、罗源等地设人工增雨作业点，增强清除外来大气污染物的效果。

目前,建筑扬尘、工业废弃物排放量急速增加,使得大气污染问题日益严重。为了明确人工增雨对大气颗粒污染物浓度的消减作用,文章应用多种分析规则对人工增雨下大气颗粒污染物消减作用展开综合研究,并获得了一系列有效的观测数据。但研究还存在一定缺点:大气环境存在的干扰较多,如气压、气候、风向、湿度和采样点周围状况的变化等,都会对结果产生干扰,导致采样不可避免地受到偶然因素的影响。因此,下一步的研究将在不同气象因素影响下分析人工增雨对大气颗粒污染物消减速度的作用。