中国环境科学 2011,31(3)：353~360 China Environmental Science 湛江东海岛春季海雾雾水化学特性分析
徐峰1,2，牛生杰1*，张羽3，岳岩裕1，赵丽娟1，蔡寿强 1 (1.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044；2.广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江 524088；3.湛江市气象局，广东湛江 524001)
摘要：利用湛江1951~2010年地面观测资料及2010年3月15日~4月20日在湛江东海岛6次海雾观测数据，分析了湛江海雾发生的规律和雾水化学特性.结果表明，湛江海雾属于酸性海雾,pH值变化范围从4.80~6.05.海雾发生初期的电导率比雾发生期间高很多，说明海雾发生的初始阶段雾水中溶解了大量的污染物.对样本的电导率与pH值进行非线性拟合，相关系数为0.61，表明存在一定的相关性.湛江东海岛雾中各离子浓度很高，与其他城市相比较，湛江海雾阴离子Cl-和NO3-很高，特别是Cl-达13000μmol/L，但SO42-不高；阳离子中Na+很高.电导率比其他城市偏高.Ca2+和Mg2+的离子浓度较高，主要是受近地表土壤(主要是钙和铁的碳酸盐)尘埃影响.在雾过程的前期，雾水中各离子成分浓度最高，雾过程期间浓度偏低.各种离子浓度与雾的类型有关.
关键词：湛江东海岛；海雾；化学特性；离子浓度；雾水采集
中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)03-0353-08
Analyses on chemical characteristic of spring sea fog water on Donghai Island in Zhanjiang, China. XU Feng1,2, NIU Sheng-jie1*, ZHANG Yu3, YUE Yan-yu1, ZHAO Li-juan1, CAI Shou-qiang1 (1.School of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information and Science Technology, Nanjing 210044, China；2.College of Ocean and Meteorology, Guangdong O cean University, Guangdong Province, Zhanjiang 524088, China；3.Zhanjiang Bureau of Meteorology, Guangdong Province, Zhanjiang 524001, China). China Environmental Science, 2011,31(3)：353~360
Abstract：The frequency of fog occurrence and fog water chemical characteristics are analyzed based on the surface observation data at Zhanjiang Station from 1951 to 2010 and the sea fog observation data on Donghai Island in Zhanjiang from 15 March 2010 to 20 April 2010. Result shows that the sea fogs in Zhanjiang are acidic, with pH in the range of 4.80~6.05. The electrical conductivity of the fog water during the formation stage is higher than that during the duration stage, indicating that a large amount of pollution dissolves in the fog water when fog forms. The non-linear fitting result of the relationship between the electrical conductivity and pH shows that the correlation coefficient is 0.61, indicating a certain connection between these two properties. Compared with the fog water in the other areas in China, the ionic concentrations of Zhanjiang fog are higher. Cl- and NO3- are the dominant anions, especially Cl- reaching 13000 µmol /L, but SO42- is lower; with regar
d to the cation, Na+ dominates. The electrical conductivity is higher than those in the other areas. The higher concentrations of Ca2+ and Mg2+ are dominantly affected by near-surface soil dust (mainly carbonate of calcium and iron). The ionic concentrations are higher during the early stage of fog and decrease during the fog development. The ionic concentrations are related to the fog types.
Key words：Donghai island in Zhanjiang；sea fog；chemical characteristics；ionic concentration；fog water collection
雾是近地层空气中悬浮着大量水滴、冰晶微粒而使水平能见度小于1km的天气现象.随着社会经济的快速发展，雾造成的负面影响与日俱增.有研究指出[1]，雾导致的经济损失与其他灾害性天气，如龙卷风、台风造成的经济损失不相上下.海雾是在海-气相互作用的特定条件下，出现在海面或沿海近地层大气的一种凝结现象，除了严重影响海面能见度之外，大气污染物与雾滴相互作用不仅污染大气，还能转化成酸雾，对人体健康和环境造成极大的危害.
中国近海岸最主要的多雾区分布在东海和
收稿日期：2010-08-02
基金项目：公益性行业(气象)科研专项(GYHY(QX)2007-6-26；江苏省青蓝工程“云雾降水与气溶胶研究”创新团队资助项目；广东海洋大学科研项目(1012157)
* 责任作者, 教授, niusj@nuist.edu
354 中国环境科学 31卷
黄海，沿海自南向北有5个相对多雾区：雷州半岛和琼州海峡、福建沿海、舟山岛、青岛至潮连岛附近海域、成山头附近海域.目前，自南向北多雾区范围增大，年平均雾日增加，其中雷州半岛和琼州海峡年平均雾日超过20d[2-4].近年来，我国学者分别对南京[5-8]、南岭大瑶山[9]、云南西双版纳[10]、重庆[11]、上海[12]、新疆乌鲁木齐[13]、江西庐山[14]、贵州贵阳[15]、贵州龙里[16]、湖山衡山[17]、华南地区[18]、泰山[19]及浙江舟山[20]等地雾及降水的化学组分进行了比较系统的研究，取得了较大的成果，但涉及海雾雾水化学特性的研究相对较少.本项目根据详实观测资料对位于雷州半岛的湛江东海岛海雾化学组分进行深入的分析研究.
1研究方法
1.1研究区简介及采样地点
琼州海峡及北部湾区域位于我国南海之滨，水汽丰沛，每年的冬春季，冷空气和海上西南暖湿空气形成对峙形势，常形成大雾天气.不仅雾的强度大而且会出现持续性的浓雾天气，海雾已是影响琼州海峡及北部湾区域的重大灾害性天气之一.对琼州海峡火车轮渡、湛江亿吨大港及即将在湛江东海岛开工建
设的特大型钢铁、石化项目等均有较大的影响，从经济效益、社会公益服务角度考虑，对琼州海峡及北部湾区域冬春季大雾的化学组分、微物理特征、活动规律、形成机理及预警模式进行研究是十分必要的.
雾水采样点设在湛江市东海岛(21.28°N、110.20°E)，东面临海，四周空旷.采样点正对南海，往东约200m即到南海海边，往西直线距离约300m为湛江市气象局雷达站，雷达站内装备有新一代天气雷达CINRAD、自动气象站、风廓线雷达、100m边界层气象要素梯度观测铁塔、散射光能见度观测仪等观测设备.
1.2采样时间
观测时间为2010年3月15日至4月20日共37d.由于有的雾过程浓度较轻，没有采集到雾水，所以本段试验期共收集了6次海雾过程的雾水样本，样本采集时间见表1.
1.3采样方法及质量控制
雾水采样器为装有尼龙网的主动式雾水采集器.采样前先用蒸馏水反复清洗采样器的两层尼龙网和雾水采集瓶，以保证没有杂质干扰，采样过程中利用聚乙烯管将采集瓶与采集器密封相连，尽量减少空气中悬浮离子的混入.当雾水粒子被尼龙网捕集聚并成大水珠，顺尼龙丝直接进入收集瓶中.分时间段采
中国十大童装品牌集雾水，每个样品10~15mL，由于雾水浓度不同，所以每个样品收集的时间有所不同.将采集到的雾水装入用蒸馏水冲洗过的聚乙烯塑料瓶中，共采集雾水样本19个.对样品的电导率进行现场检测(由于pH计仪器故障，未进行现场检测)；检测完毕后将样品使用锡箔纸包好，置于冰箱保存,1个月后带回实验室对雾水中的离子成分和pH值进行检测.首先对雾水样品进行1次过滤，检测时由于雾水中钠离子和氯离子浓度过高，会对仪器有所损伤造成数据质量难以保证，所以对样品进行了适度的稀释.每个样品检测时注射两针1mL的雾水，对2次检测结果取平均值.
为了确定雾过程的开始和结束时间，在同一观测地点安装了VPF-730能见度仪.VPF-730能见度仪利用红外线技术测量在样品区内的散射颗粒，得到EXCO大气消光系数，再从EXCO导出MOR气象光学视程和能见度.气象要素采用安装在湛江东海岛雷达站内的自动气象站(110.20°E、21.28°N)资料.
1.4分析方法
在现场使用电导率仪对雾水电导率进行测定后雾水样品存放于冰箱中，之后带回实验室内，检测pH值、分析其化学组成.雾水的pH值是利用pHS-25(A/B/C)、pHS-29(A/B/C)酸度计检测，该仪器是一种测量精度不高于0.03pH的普通型数字酸度计.雾水阴离子利用戴安免化学试剂ICS-2000离子谱仪(美国Dionex)测定.雾水中阳离子(除NH4+以外)利用美国热电ICP-IRIS Intrepid II XSP型等离子体光谱仪进行分析，按国家降水分析标准方法进行.
测控技术与仪器专业就业
2结果与分析
2.1雾水pH值与电导率分析
3期徐峰等：湛江东海岛春季海雾雾水化学特性分析 355 雾水的pH值反映了参与的大气气体和气溶
胶微粒的化学组成的酸碱性质.表1为湛江东海
岛实验期间6次雾过程中雾水采样器的平均pH
值和电导率.根据结果分析，湛江地区海雾属于酸
性海雾,pH值的变化范围从4.80~6.05.电导率的
变化范围为229~6190µS/cm.与舟山海雾雾水的
pH值(3.75~7.26)[20]相比，湛江东海岛的雾水pH
值变化范围要窄很多.
软件技术是学什么表1湛江东海岛采样雾水的pH值和电导率
Table 1 The pH and electrical conductivity of the fog
water samples on Donghai Island in Zhanjiang
过程采样时间pH值电导率
(μS/cm)
最低能见度
(m)
1 2010-03-16 01:00~06:00 5.
2 498 155
2010-03-22 23:00~01:00 5.19 3750 125
2010-03-23 01:00~03:30 5.57 874 2
2010-03-23 03:30~11:00 4.92 3820
2010-03-23 23:00~03:00 5.12 1319 150
2010-03-24 03:00~04:00 5.73 290
2010-03-24 04:00~05:00 5.78 229
2010-03-24 05:00~07:00 6.05 358 3
2010-03-24 07:00~10:00 5.88 270
2010-03-31 19:20~22:00 4.92 6190 125
2010-03-31 22:00~24:00 5.02 1964
2010-04-01 00:00~01:00 4.8 1495
2010-04-01 01:00~02:00 5.9 411
2010-04-01 02:00~04:00 5.25 863 4
2010-04-01 04:00~09:00 5.51 1414
2010-04-01 17:40~04:00 5.71 3490 215
5
2010-04-02 04:00~09:00 4.85 1219
2010-04-06 03:00~05:00 5.16 6140 145
6
2010-04-06 05:00~07:00 5.15 1188
图1为东海岛海雾观测实验期间6次雾过程中的平均pH值和电导率值，雾发生初期的电导率比雾发生期间高很高，说明雾发生的初始阶段雾水中溶解了大量的污染物.第3次过程中电导率最低, pH值最高.图2为电导率与pH值之间的关系，对其进行非线性拟合，相关系数为0.61，存在一定的相关性.
值得注意的是,2010年3月19日暴发了自2009年1月份以来影响中国范围最大，强度最广的沙尘天气,20日向中东部扩展，观测期间第2次雾水采集过程(3月22日夜间)采集到的雾水样本均有泥沙沉淀，雾水明显呈乳黄，而其余过程雾水均呈白透明状.从观测结果看，这次沙尘暴天气之后的第3次过程雾水电导率值最低，平均为493.2；且pH值也较高，平均为5.71，说明沙尘沉降对空气中悬浮的离子有清除作用.
6.0
5.8
5.6
5.4
5.2
5.0
123 4 5 6
雾过程
平
均
p
H
值
a
5000
4000
3000
2000
1000
123 4 5 6
雾过程
平
均
电
导
率
(
µ
S
/
c
美白祛斑排行榜m
)
b
图1 6次雾过程中平均pH值和电导率值
Fig.1 The average pH and electrical conductivity values
of the six fog events
2.2雾水化学成分特征分析
2.2.1雾水化学组分对东海岛采样雾水进行化学分析，结果如表2所示.对雾水采集器同一时段的雾水中离子浓度取平均来代表该时段此种离子的浓度.第1次和第3次雾过程，即3月16日和23日各阴阳离子浓度较低.第6次过程4月6日浓度最高.与其他地区观测值相比较，第2、4、5、6过程离子浓度普遍偏高,Cl-浓度非常高，电导率也偏高.
一般情况下，硫酸根、铵根是污染性离子，但在湛江的观测中这两种离子浓度不是最高.海水中主要成分阳离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+和
356
中 国 环 境 科 学 31卷
Sr 2+5种，阴离子有Cl -、SO 42-、Br -
、HCO 3-和F -
5种，总的可占到99.9%.观测表明，湛江东海岛春雾离子浓度较高，与海洋的成分存在明显关系，受海洋影响比较明显，氯和钠离子很高.
表2 湛江东海岛春季雾水中各种离子浓度
Table 2 The concentration of the ions of spring fog on Donghai island of Zhanjiang
阳离子(μmol/L)
阴离子(μmol/L)
过程序号 采样时段
Na +
K +
Mg 2+
Ca
2+
NH 4+ F -
Cl -
NO 3-
SO 42-
NO 2-
1 2010-03-16 01:00~06:00 4861.48744.51 738.63 845.32-
100.174189.121970.29 468.86 3.95 2010-03-22 23:00~01:00 18316.07671.68 3162.75 6067.041126.81183.9920095.511305.94 3077.06 23.43 2
2010-03-23 03:30~11:00 17624.281203.45 3148.43 8569.721087.56
124.1615335.8610002.12 3720.46 30.27 2010-03-23 23:00~03:00 6851.94869.55 1081.52 1452.35329.3067.847004.792706.90 590.02 5.13 2010-03-24 03:00~04:00 1524.38
154.89 265.48 315.44250.2650.541424.18500.54 143.71 3.20 2010-03-24 04:00~05:00 1016.6471.28 181.76 263.77201.8421.871065.58368.38 104.60 1.96 2010-03-24 05:00~07:00 1762.5793.72 262.09 377.61275.0327.242008.42664.72 167.73 1.86 3 2010-03-24 07:00~10:00 1228.44189.06
225.19 249.34
185.0332.161706.24471.95 159.79 1.75 2010-03-31 19:20~22:00 41063.571814.26 5980.17 3413.251930.22156.3446461.838577.85 3596.64 - 2010-03-31 22:00~24:00 13251.171164.68 1888.38 1187.96908.6187.2913059.832492.19 1022.59 - 2010-04-01 00:00~01:00 9036.70541.47 1342.44 723.61504.83143.6310471.042074.74 821.74 - 2010-04-01 01:00~02:00 2020.1484.73
316.72 163.79
145.9229.852491.87462.15 195.66 0.41 2010-04-01 02:00~04:00 5036.46312.0513 750.35 463.19507.92119.015890.001056.88 470.63 1.22 4
2010-04-01 04:00~09:00 8221.26
388.4615 1213.88 625.631101.47108.429556.922078.10 813.13 - 2010-04-01 17:40~04:00 21003.65858.3846 3172.46 1919.861843.39144.3522810.627575.18 1856.73 - 5 2010-04-02 04:00~09:00 9165.46565.6538 1319.44 991.452022.14136.389027.623961.37 913.67 - 2010-04-06 03:00~05:00 44257.301371.538 6334.67 2183.652003.44
196.8649497.278177.58 3635.38 - 6
2010-04-06 05:00~07:00 9468.46
499.0513
1405 759.73
-
130.62
10084.09
2091.59
859.84
-
注:-为缺测值
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000
1000 0
电导率(µS /c m )
4.2 4.4 4.6
5.0 5.44.8 5.2 5.6 5.8
6.06.2
pH 值
图2 电导率与pH 值之间的关系
Fig.2 The relationship between the electrical conductivity
and pH
2.2.2 雾水离子平均浓度分析 图3为6次雾水采集过程各离子组分的平均值(NH 4+除外)，阴
离子中Cl -浓度最高，达13000µmol/L，阳离子中Na +浓度最高，与采集雾水为海雾有关.Ca 2+和
Mg 2+的离子浓度较高，可能受近地表土壤(主要是钙和铁的碳酸盐)尘埃影响，它们可以溶于含有碳酸的雾水中.
14000120001000080006000400020000
离子浓度(µm o l /L )
F
-
Cl
-
NO 3-NO 2-K + SO 42-Ca 2+ Mg 2+ Na + NH 4+pH 值
太多陈冠蒲图3 6次雾过程各离子浓度的平均值 Fig.3 The average ionic concentrations of the six fog
events
好记的网名3期 徐 峰等：湛江东海岛春季海雾雾水化学特性分析 357
3 讨论
3.1 气候特征及气象因素
将湛江每年2、3、4月定义为春季.从图4中可以看出，在1951年到2009年的59年中，湛江站雾日基本出现在每年的1~4月和12月，这5个月的累计雾日数有1347d，占总雾日数(1459d)的92.32%.统计表明，湛江雾日基本出现在冬、春两季，由此说明3、4月份雾的观测是有代表性的.
500 400 300 200 100 0
雾H 数(d )
1 月份
2 3 4 5
6789 101112
月总雾日数
图4 1951~2009年湛江站月总雾日数变化 Fig.4 The monthly change in the fog days at Zhanjiang
Station from 1951 to 2009
图5是2001~2010年间2、3、4月份雾日数
的走势分布图，可以看出，湛江春雾近10年来整体呈上升趋势，其中2005年的雾日数最多，高达42d，其次是2010年，为37d.
湛江雾日数明显增加与沿海工业城市灰霾天气明显增多有关.根据广东省气象局2008年气候公报的资料,2008年湛江的灰霾日数为121d，而2003年仅为40d.沿海地区海盐巨粒子氯损耗机制是造成湛江灰霾日数迅速增加的重要原因[21].当巨盐粒子存在于未污染沿海大气中，其尺度远大于可见光波长，而数量又很少，对能见度影响甚微，但处于沿海城市污染大气中，海盐巨粒子会与污染物发生反应，生成硝酸盐与硝酸盐细粒子并放出，造成气溶胶中的氯损耗[22].一个直径为10µm 的海盐巨粒子可以生成数千个次微米级的细粒子气溶胶，从而使能见度明显恶
化，在水汽条件满足的情况下使得雾日数明显增
加.湛江近年来工业化进程发展迅猛，对雾日数显著增加产生了较大影响.
010
20304050
雾日数(d )
月份
图5 2001~2010年湛江站春雾日数分布 Fig.5 The distribution of the spring fog days during the
recent decade at Zhanjiang Station
—■—2月 —●—3月 —▲—4月 —★—3个月
采样的6次雾过程中，雾发生时期的风速基本在3m/s 左右，风向变化不大，温度夜间偏低，白天升高.第1次过程3月16日夜间温度高于白天，风向以偏北风为主，结合当天的天气形势分析可知：这次雾的发生属冷锋前暖区型，即来自西伯利亚的冷空气不断向南侵袭，与华南暖湿气流交汇混合而形成锋面雾，随着冷锋推进到海上，大雾过程就结束了.雾水各离子浓度都不是很高.其余5次过程基本属于平流雾，风向以偏东风为主.第3次雾过程发生时风速比第2次要小，且风向略向南偏，对离子浓度的降低有一定的影响. 3.2 6次雾过程中离子浓度及对比
图6是不同过程中主要阴阳离子浓度的变化,
可以看出Na +和Cl -在第6次过程要明显高于其余5次过程的浓度值.第1次过程中各离子浓度值比较低，从气象因子分析可以看出，第1次过程风向以偏北风为主，而其余5次过程主要以偏东风为主，可能与远距离输送的大量污染物中含有丰富的污染性离子有关，从而造成雾水中离子浓度很高.第2次
过程中Ca 2+有明显的增加，沙尘暴发生时期Ca 、
Si 、
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