余 欣，陳鮑發(fā)，黃龍飛

(江西省景德鎮(zhèn)市氣象臺，333000，景德鎮(zhèn)，江西)

景德鎮(zhèn)市酸雨的天氣形勢與氣象條件分析

余 欣，陳鮑發(fā)，黃龍飛

(江西省景德鎮(zhèn)市氣象臺，333000，景德鎮(zhèn)，江西)

利用景德鎮(zhèn)市酸雨、氣象要素觀測資料和常規(guī)天氣圖等資料，對景德鎮(zhèn)酸雨的天氣形勢與氣象條件進行分析，結果表明：1)冬季，酸雨頻率大，酸性強，與冷空氣將北方較重污染的氣體或污染物影響有關；夏季，受南方暖濕氣流作用下產(chǎn)生降水，酸度較低。2)景德鎮(zhèn)市降水pH值與降水量有一定的正相關，降水量越大，pH值越大；而氣壓值越小，pH值越大；濕度與酸雨的相關性不如氣溫與酸雨的關系明顯；強酸雨時主要是盛行N風和NNW風，弱酸雨或無酸雨時，多西南風分量；霧天酸性降水不僅頻率高，而且酸度強。3)城鄉(xiāng)之間存在一定的差異，污染物排放較大的企業(yè)地處城區(qū)附近，這些污染源造成景德鎮(zhèn)市城區(qū)酸雨較農村、郊區(qū)嚴重。

酸雨；天氣形勢；氣象條件；污染物

0 引言

我國酸雨(酸雨通常是指表示酸堿度指數(shù)的 pH 值低于5.6的酸性降水)正呈蔓延之勢，是繼歐洲、北美之后世界第3大重酸雨區(qū)[1]。酸雨可造成森林退化、湖泊酸化、魚類死亡、水生生物種群減少；農田土壤酸化、貧瘠，有毒重金屬污染增加，糧食、蔬菜、瓜果大面積減產(chǎn)；使建筑物和橋梁損壞，文物面目全非[2]，酸雨污染影響因素主要是受到致酸物質的排放種類和數(shù)量、氣象條件、長距離輸送過程中的大氣光化學反應及土壤堿性等因素的綜合影響，其中，致酸雨物質的局地排放是一個不容忽視的重要影響因素[3-6]。吳建明[7]等在江西省酸雨特征分析中表明，夏半年酸雨污染較輕，其中8月的污染最輕；冬半年酸雨污染較重，其中1月的污染最為嚴重。李蕾[8-11]等分析了廣東、重慶、山東、京津地區(qū)酸雨的特征及其趨勢，這些都為本文提供了理論依據(jù)及方法。景德鎮(zhèn)市氣象臺是國家基本氣象站，為了監(jiān)測酸雨對景德鎮(zhèn)市的影響，景德鎮(zhèn)市氣象臺于2006年7月1日開始，開展酸雨觀測業(yè)務，按國家級實驗室標準運行。

本文就2006年7月1日至2012年12月31日景德鎮(zhèn)市酸雨觀測資料與天氣形勢特點，酸雨與降水、氣壓、風向、風速等氣象條件的關系，酸雨與SO2、NO2、PM10的關系等進行對比分析，為了解景德鎮(zhèn)市酸雨的成因、時空變化和發(fā)展趨勢，為控制和防治酸雨污染、提高環(huán)境質量，以及做好區(qū)域環(huán)境規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1 景德鎮(zhèn)市酸雨天氣形勢分析

對景德鎮(zhèn)市2006年7月1日至2012年12月31日中酸雨觀測的692個樣本，按pH大小選出其中最大前40名與最小40名，對比同時的高空、地面天氣形勢，找出這些過程的主要影響天氣系統(tǒng)(表略)?？梢钥吹?，景德鎮(zhèn)市最強酸雨基本上集中在冬春二季，而影響的天氣系統(tǒng)主要為冷空氣與中低層切變線。冷空氣將北方污染源的酸性污染物輸送到南方，而中低層切變又使得南下的酸性物質在切變線附近停滯，致使污染物堆積。污染物的輸送+堆積使得景德鎮(zhèn)市降水酸性明顯增強。

非酸雨的影響系統(tǒng)和時段主要集中在夏季，以副熱帶高壓與臺風帶來的降水為主。夏季，冷空氣活動地域偏北，景德鎮(zhèn)處江南，基本上不會受到冷空氣的影響，這樣北方的較強污染源對酸雨無貢獻。而在副熱帶高壓控制下的降水，多為局地性的陣性降水，而本地雖然也有污染源，但污染物總量較少，不足以產(chǎn)生較強酸雨。臺風帶來的降水，水汽來源于臺風本身或東南沿海、南海，到大陸距離短，大氣中SO2輸送距離短，而且海洋上空的空氣質量明顯要好于內陸，無明顯污染源，導致降水的酸性明顯偏弱。

1.14次實例

1)2008年2月25日強酸雨過程，景德鎮(zhèn)市降水量15.4 mm，pH為3.13。

地面形勢：從2008年2月25日的地面圖上可以看到(圖1)，在貝加爾湖以南，河套以北地區(qū)有一強大冷高壓，中心氣壓達1 050 hPa，受冷高壓影響，從河套以北至長江以南我國的大部地區(qū)為偏北氣流。至20:00時，冷高壓中心有所東移南侵，冷空氣不斷擴散南下，江南偏北風有所加大。強大的冷高壓帶來的偏北氣流將北方大量的污染物向南運輸，使得南方空氣中的SO2、PM10、PM2.5等酸性污染物的濃度增加。這些污染物融入云中的水體中，隨著降水降落，從而導致強酸雨的形成。

高空形勢：從2008年2月25日的850 hPa、925 hPa的高空圖上可以看到，在中低層景德鎮(zhèn)市附近有切變線形成。2月25日08:00時925 hPa，從安徽東南部至贛東北～贛南有偏北風與偏南風之間的切變線，景德鎮(zhèn)市處切變線的輻合區(qū)內。2月25日20:00時850 hPa從渤海灣經(jīng)浙江西北部-江西東部至廣東、廣西有一偏北風與西南風的切變線，切變以南的西南風較強盛，達10～12 m/s，景德鎮(zhèn)市處切變線附近。切變線的存在，特別是切變線以南強西南氣流的頂托，使得北方南下的冷空氣在切變線附近匯合，污染物得到有效堆積，在降水形成的過程中融化、降落，從而加劇了酸雨的強度。而此次過程中，景德鎮(zhèn)市均處于切變線附近，北方南下污染物不斷在本地匯合、積累，從而形成了強酸雨。

2)2010年3月24日強酸雨過程，景德鎮(zhèn)市降水量29.8 mm，pH值3.2。此次強酸雨過程同樣也清楚的看到中低層切變與北方較強冷空氣的作用。2010年3月24日08:00時850 hPa高空圖上(圖2)，可看到從日本列島經(jīng)長江口-贛東北-湖南-貴州南部有明顯的切變線，切變線以北以東北氣流為主，切變以南為西南風，在江西、湖南、貴州等地切變以南的西南風強盛，達10～16 m/s，景德鎮(zhèn)正好位于切變線上。另河套西北為一強大的高壓，與地面較強冷空氣對應。地面圖上，與2008年2月25日的形勢相似，在貝加爾湖以南，河套西北地區(qū)有一強大冷高壓，中心氣壓達1 050 hPa，其前沿冷鋒已移至我國東南沿海，且從08:00-20:00，冷鋒繼續(xù)南下，其前沿已移出我國，不斷有冷空氣從貝湖以南的冷空氣源地擴散出來，并入江南的鋒區(qū)中，其帶來的偏北氣流不斷將北方污染源中的污染物移入江南，受切變線的阻滯作用，在切變線附近堆積，并隨著降水，降落到地面，從而加劇了降水的酸度，形成強酸雨。

圖1 2008年2月25日強酸雨過程天氣形勢

圖2 2010年3月24日強酸雨過程天氣形勢

從這2次影響景德鎮(zhèn)市強酸雨過程的天氣形勢來看，地面冷空氣與中低層切變起到了至關重要的作用，同時高空低槽的作用也不容小視，由于高空槽前的正渦度平流影響，地面會產(chǎn)生輻合流場，而這種流場會有利于污染物的匯聚，不利于污染的擴散，對酸雨形成也有較明顯的貢獻。但冬季、春季前期冷空氣的作用與中低層切變線的阻滯作用，是在這些季節(jié)中酸雨酸性明顯增強的主要誘因。

3)2006年8月8日非酸雨過程，景德鎮(zhèn)市降水量12.5 mm，pH值6.59。在2006年8月8日08:00時地面圖上(圖3)，可以看到整個華東至日本列島的洋面上為高壓脊所控制，只是在江西東北部-安徽東南部-長江入海口有弱的輻合區(qū)存在。由于大的地面氣壓形勢為高壓，主體為下沉氣流，下沉氣流降落至地面必然導致地面輻散，從而有利于污染物的擴散。而在地面輻合區(qū)附近，由于局地加熱作用的觸發(fā)，產(chǎn)生的降水，其主要氣流、水汽的來源為本地或靠近本地的一些區(qū)域，由于產(chǎn)生輻合上升運動的區(qū)域面積較小，其污染物總量有限，所以不易產(chǎn)生較強或明顯的酸雨。 高空圖上，850 hPa與500 hPa整個河套以南均受副高控制，只是在贛西北、湖北中部等地殘留了一些臺風登陸減弱后的低壓環(huán)流，景德鎮(zhèn)處高壓環(huán)流中。河套以南強大的副熱帶高壓系統(tǒng)，將北方冷空氣隔絕在貝加爾湖或以北，使得北方較重的污染源無法沿氣流南下，同時副熱帶高壓是夏季北半球強大的高壓系統(tǒng)，其控制區(qū)域以內盛行明顯的下沉氣流，從而有利于污染物的擴散。而受臺風減弱后的低壓、切變線等系統(tǒng)觸發(fā)，景德鎮(zhèn)市本地出現(xiàn)了陣性降水，由于主要水汽、輻合區(qū)源于本地，少了SO2等污染物長距離的輸送，而本地產(chǎn)生的污染物總量少，不足以產(chǎn)生嚴重的酸雨事件。

圖3 2006年8月8日副高類非酸雨過程天氣形勢圖

4)2006年8月11日非酸雨過程，景德鎮(zhèn)市降水量3.9 mm，pH值6.75。2006年第8號臺風“桑美”在我國東南沿海登陸后，繼續(xù)向偏北方向運動，并于8月11日移至贛東北附近，受其影響，景德鎮(zhèn)市出現(xiàn)小雨。從08:00時的地面圖、高空圖上可以看到(圖4)，在我國東部洋面、日本列島及以南地區(qū)有一強大的副熱帶高壓系統(tǒng)，臺風沿著副高南部的東南氣流向西北方向移動。500 hPa上空，副高呈帶狀分布，寬大的副熱帶高壓帶覆蓋了長江以北至黃河流域的大部地區(qū)，將北方冷空氣隔斷在黃河以北。臺風登陸后，強度迅速減弱，移到贛東北，減弱后的低壓環(huán)流產(chǎn)生上升運動，并在其本身帶來的水汽及副高南緣的東南氣流的水汽輸送作用下，產(chǎn)生了弱降水。由于景德鎮(zhèn)市靠近東南沿海，由東海、南海的水汽輸送距離短，而且水汽來源于東南沿海，相對大陸而言，空氣質量較好，在無冷空氣的作用下，污染源不明顯，從而使得降水酸度較低或無酸雨。

圖4 2006年8月11日臺風類非酸雨過程天氣形勢圖

不僅景德鎮(zhèn)市酸雨呈現(xiàn)夏季最輕、冬季最重的特點，在江西省其他地區(qū)的酸雨觀測也有這個特征。中國氣象局在江西省布的酸雨觀測點有5個：宜春、廬山、景德鎮(zhèn)、廣昌、贛州，因為資料龐大，只選取廬山、贛州兩站，統(tǒng)計2009-2012年酸雨資料(表略)，廬山、贛州站點pH最小值均出現(xiàn)在冬季，春秋季偏小，夏季最大。

2012年酸雨觀測年報指出：冬季，重酸雨區(qū)范圍為全年中最大，浙、贛、湘、鄂、黔、桂等省出現(xiàn)較大范圍的重酸雨區(qū)。這說明南方酸雨與冷空氣的關系密切，夏季，北方冷空氣很難侵入江淮流域，導致酸雨危害明顯減少。

2 景德鎮(zhèn)市酸雨與氣象條件的關系

2.1景德鎮(zhèn)市降水pH值與降水量的關系

將酸雨觀測樣本中每天的降水按量級分為小雨(R<=9.9 mm》、中雨(10=

表1景德鎮(zhèn)市2006-2012年pH值與降水量之間的關系

降水級別小雨(364個)中雨(203個)大雨(78個)暴雨(47個)pH平均值4．374．414．564．59

可以看到，小雨的pH均值最小，觀測中的692個樣本pH平均值為4.42，這也與國內有些學者的研究相似[2]。暴雨的pH均值最大，47個樣本中的均值是4.59。即景德鎮(zhèn)市降水pH值與降水量有一定的正相關。

2.2景德鎮(zhèn)市降水pH值與氣壓的關系

pH值與氣壓、K值統(tǒng)計關系(表2)。可看到，氣壓越低，pH值越大，K值越小。反之，氣壓越高，pH值越小，K值越小。這與冷空氣有關，冬季冷空氣活動頻繁且冷高壓強大，氣壓偏高，而夏季，地處江南的景德鎮(zhèn)基本無冷空氣活動，氣壓偏低。

2.3景德鎮(zhèn)市降水pH值與氣溫、濕度的關系

統(tǒng)計了2006年7月-2012年12月各月平均氣溫、最高、最低、平均濕度、最小濕度與酸雨的關系(表3)：氣溫越高，pH均值就越大，7月和8月的平均氣溫升到最高點，分別為29.7 ℃和29.1 ℃，而此時pH均值也升至最高點，分別為4.80和4.91。氣溫越低，pH平均值就越小，12月、1月的氣溫降到最低點，而pH平均值也降到最低點，分別為3.98和4.10。濕度與酸雨月平均值之間也有一定的正相關，特別是最小濕度，在最小濕度最大的6月、7月、8月、9月這4個月中，pH平均值也達到了最大。但總體來講，濕度與酸雨的相關性不如氣溫與酸雨的關系明顯。

表2 景德鎮(zhèn)市氣壓與降水pH值、K值的關系

2.4景德鎮(zhèn)市降水pH值與風向的關系

經(jīng)過對2006-2012年各月平均pH值分析，挑取了2個最高值分別出現(xiàn)在2006年8月份5.83，7月份5.58，2個最低值分別出現(xiàn)在2008年3月3.81，2007年12月3.69(圖5)。

從月平均風向玫瑰圖可以看到，弱酸雨或無酸雨時，2006年7月多了大量西南風分量，而2006年8月多了NWW、ESE風向頻率，而強酸雨時主要是盛行N風和NNW風。找出10 min最大風速對應風向，將其同一風向對應的pH值進行平均，并按pH值大小進行排列。發(fā)現(xiàn)景德鎮(zhèn)市風向WNW時，pH值最小，平均4.28；>風向SE時，pH值最大，平均為4.99(表略)。

表3 景德鎮(zhèn)市氣溫、濕度與降水pH值的關系

圖5 弱酸雨、無酸雨月和強酸雨月平均風向玫瑰圖

2.5景德鎮(zhèn)市降水pH值與特殊天氣(霧)的關系

當大氣層結處于穩(wěn)定狀態(tài)時，由于抑制了湍流的發(fā)展，容易出現(xiàn)霧，此時大氣中污染物不易擴散，導致酸性的降水幾率上升，景德鎮(zhèn)市2006年7月至2012年12月6年半間共出現(xiàn)了52 d大霧天氣，但只有12 d是有降水量的，總的降水量為117.2 mm，有霧時pH值均小于5.6，且有10 d的pH值小于4.5。景德鎮(zhèn)市大霧的主要出現(xiàn)時段在冬半年，以11月至來年3月出現(xiàn)的頻率最高，且12月、1月、2月、3月pH平均值最小，降水酸度大，霧天酸性降水不僅頻率高，而且酸度強[8]。

2.6景德鎮(zhèn)市酸雨與SO2、NO2、PM10含量的關系

酸雨主要是由于空氣中的SO2、NO2造成的，景德鎮(zhèn)市氣象臺自從2004年就開始與景德鎮(zhèn)環(huán)保局合作開展空氣質量預報，每天由環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測提供當?shù)氐腟O2、NO2、可吸入顆粒物含量(PM10)觀測值。統(tǒng)計2006年7月至2012年12月酸雨觀測的692個樣本中分析出各值最小、最大的2 d觀測值(表略)?？梢钥吹?，pH值最小的2 d中，K值很大，分別為178和115.5；pH值最大的2 d中，K值分別為7.1和25.0，而K值均值僅為60.5，這表明景德鎮(zhèn)市降水pH值與K值有一定的反相關，即酸雨越酸，則降水的導電率也較大，主要原因是，硫酸與硝酸等酸類的導電率肯定強于一般的水質。而pH值與本地觀測到的SO2、NO2、PM10含量關系則并不突出，pH值最小的2 d中，SO2分別為0.028和0.014，它的均值為0.017，并不大，甚至還有一天小于均值，而與NO2、PM10含量關系也相似，在降水最酸時，NO2、PM10含量并不大，有的小于均值。而本地SO2含量最大的2 d中，酸雨pH值分別為3.87和4.27，都小于均值，但與最酸時的pH值2.87和2.9有明顯差距。而NO2含量最大和最小2 d中，空氣中含NO2最大時pH值甚至比含量最小時pH值還要大。這些都表明，景德鎮(zhèn)市強酸雨形成的主要原因并不是本地的SO2、NO2、PM10含量大小。

同時，對2010-2012年354個樣本的降水pH值與K值、SO2、NO2、PM10含量分別求相關，得pH值與K值的相關系數(shù)是-0.274 77，呈反相關，pH值與SO2含量的相關系數(shù)是-0.115 1，并通過了95%的信度檢驗；pH值與NO2含量的相關系數(shù)是-0.065 9,呈一定的反相關，這表明，景德鎮(zhèn)市酸雨的形成與本地的SO2、NO2含量還是有一定的關系的。而pH值與PM10的相關系數(shù)是0.065 089，正相關，這表明景德鎮(zhèn)市PM10含量大小對酸雨貢獻不大。

2.7景德鎮(zhèn)市氣象局與環(huán)保局的酸雨資料對比分析

從2011年景德鎮(zhèn)市氣象局、環(huán)保局及其對照點王港鄉(xiāng)3站的pH值對比可看到(表略)，環(huán)保局的年平均pH值比景德鎮(zhèn)市局的要高，而環(huán)保局的對照點王港鄉(xiāng)又比環(huán)保局站監(jiān)測到的要高。總體來講，環(huán)保局與氣象局二站的差別更大，年均pH值相差0.32，而王港與環(huán)保局相差僅0.17。這可能是氣象部門與環(huán)保部門酸雨監(jiān)測的流程不同有關。

對照點(王港鄉(xiāng))pH值大多高于氣象局與環(huán)保局測點值，說明城鄉(xiāng)之間存在一定的差異。城市人口集中，企業(yè)多，特別是景德鎮(zhèn)市，是世界瓷都，城區(qū)遍布瓷廠，而且景德鎮(zhèn)市發(fā)電廠、焦化集團等污染物排放較大的企業(yè)均處城區(qū)附近，加上汽車尾汽排放等因素，這些主要污染源造成景德鎮(zhèn)市城區(qū)酸雨較農村、郊區(qū)要嚴重。另外，環(huán)保局的站點觀測值(包括環(huán)保局與王港鄉(xiāng))起伏較大，而氣象局觀測值則明顯比環(huán)保局的起伏要小。

3 結論

本文分析景德鎮(zhèn)市酸雨與高、低空天氣形勢、降水量、氣溫、風等氣象要素及本地主要污染物SO2、NO2、PM10含量的關系，指出了景德鎮(zhèn)市酸雨形成的主要原因，主要結論如下：

1)景德鎮(zhèn)市冬季酸雨頻率大、酸性強。冷空氣將北方較重污染的氣體或污染源產(chǎn)生的污染物，通過偏北氣流輸送到景德鎮(zhèn)市上空，而由于切變等天氣系統(tǒng)的阻擋，冷暖氣團在景德鎮(zhèn)市上空交匯，北方氣流帶來的污染物不斷堆積，同時隨著降水降落在景德鎮(zhèn)市范圍內，這是強酸雨形成的主要原因。夏季，冷空氣主要在黃河以北，北方重污染源對景德鎮(zhèn)基本無影響，主要受南方暖濕氣流或臺風等天氣系統(tǒng)作用下產(chǎn)生降水，所以酸度較低。

2)景德鎮(zhèn)市酸雨強度與降水量、氣溫、氣壓、風向等氣象條件有一定的關系；降水量越大，pH值越大，反之，pH值越小。氣壓越高，pH值越小，反之pH值越大。氣溫越高，pH值越大，反之，pH值越小。有弱酸雨或無酸雨時，多西南風分量，而強酸雨時主要是盛行N風和NNW風。

3)景德鎮(zhèn)市酸雨強度在城鄉(xiāng)之間存在一定的差異。城市人口集中、企業(yè)多、汽車尾汽排放大，造成了景德鎮(zhèn)市城區(qū)酸雨較農村、郊區(qū)要嚴重。

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CharacteristicAnalysisoftheMeteorologicalConditionsCausingAcidRaininJingdezhenCity

YU Xin,CHEN Baofa,HUANG Longfei

(Jingdezhen Meteorological Bureau,333000,Jingdezhen,Jiangxi,PRC)

By using acid rain data、meteorological elements data from AWS and routine synoptic data and so on,the weather situation and meteorological conditions causing acid rain have been conducted in this article.The results show that.1)In winter,the acid rain frequency high and acidity strong in Jingdezhen.This pH enomenon is related with cold air which brought heavy pollutants from the north.In summer,the acidity of acid rain that caused by warm wet moisture is decreased.2)The pH value and precipitation show certain positive correlation in Jingdezhen,the more rainfall and the lower the pressure are,the larger pH value is.The correlation between humidity and acid rain is poorer than the temperature.There are prevalent winds from north or north-northwest when sever acid rain happens,and winds from southwest during weak acid or no acid rain.However,the acidity and frequency of acid rain are more severe in a foggy day.3)The acid rain is more heavy in rural area than urban area of Jingdezhen.This is contributed by factories discharged more pollutants are most built in rural area.

acid rain;weather situation;meteorological conditions;pollutants

2014-08-14;

2014-09-22

余 欣(1980-)，女，學士，工程師，主要從事氣象觀測方面的工作。

江西省氣象局2013年面上項目“景德鎮(zhèn)市酸雨特征分析研究”(編號：贛氣發(fā)[2013]018)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.009

X517

A

1001-3679(2014)05-0606-07