王若男 馬鑫 李美竹 王文武 邢鈞

摘要 根據(jù)丹東2007～2013年的酸雨監(jiān)測(cè)資料，對(duì)近年來(lái)該地區(qū)酸雨的時(shí)空分布特征進(jìn)行了總結(jié)與分析，研究了不同氣象條件對(duì)降水酸度的影響，分析了酸雨形成的原因。結(jié)果表明，丹東降水酸度呈波動(dòng)性變化;2007～2013年降水平均pH年平均范圍為4.82～5.51，pH均小于5.60，且自2008年以來(lái)，呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì);pH有明顯的季節(jié)變化，以夏季酸度為最強(qiáng)、秋季為最弱;出現(xiàn)頻率以秋季最高，為43.3%，春季最低，為30.1%。丹東酸雨的形成是該地區(qū)的自然和人為因素共同作用的結(jié)果，氣象條件的變化對(duì)降水酸度影響相當(dāng)明顯，丹東市當(dāng)?shù)氐匦?、工業(yè)布局和外來(lái)源也為酸雨形成做出了較大貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 丹東;降水pH;酸雨頻率;氣象要素;影響因素

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）33-11911-03

Acid Rain Features and Cause Analysis in Dandong Region during 2007-2013

WANG Ruo-nan， MA Xin， LI Mei-zhu et al （Dandong Meteorological Bureau， Dandong， Liaoning 118000）

Abstract According to acid rain monitoring data in Dandong from 2007 to 2013， the spatial and temporal distribution features of acid rain in the region in recent years were summarized and analyzed， the influence of different meteorological conditions on precipitation acidity were studied， the formation causes of acid rain were analyzed. The result indicates that the Dandong precipitation acidity changes in volatility. Average annual precipitation in 2007-2013 average pH value range of 4.82-4.82， the pH value is less than 5.60， and since 2008， falling volatility trends;

obvious seasonal change， pH value in the summer acidity is the strongest， autumn is the weakest; frequency as high as 43.3% to fall， and the lowest in spring as 30.1%. In Dandong， the formation of acid rain is the result of natural and human factors， the effect of the change of weather conditions on precipitation acidity is quite obvious， the local topography， industrial layout and source is also made a bigger contribution for the formation of acid rain.

Key words Dandong; Precipitation; pH value; Acid rain frequency; Meteorological elements; Impact factors

作者簡(jiǎn)介 王若男（1987- ），女，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師，從事綜合氣象觀測(cè)研究。

收稿日期 2014-10-20

酸雨是指pH<5.6的大氣降水[1]。酸雨的形成是大氣中發(fā)生的錯(cuò)綜復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，其主要因素是SO2和NOX在大氣或水滴中轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸所致[2]。我國(guó)自1979年開(kāi)始進(jìn)行降水酸度監(jiān)測(cè)[3]，盡管對(duì)酸雨研究的起步較歐洲和北美等國(guó)家略晚，但隨著“七五”西南地區(qū)酸雨研究、“八五”我國(guó)酸沉降及其生態(tài)環(huán)境影響研究等各類科研項(xiàng)目的先后開(kāi)展，目前在酸雨的分布規(guī)律、影響因素及控制對(duì)策等方面取得了大量的成果[4]。

目前全國(guó)酸雨污染狀況總體保持穩(wěn)定，其中135個(gè)城市屬酸雨城市，占全部城市的29.6%;77個(gè)城市降水pH均值低于5.0，屬較重酸雨城市，占16.9%;23個(gè)城市降水pH均值低于4.5，屬重酸雨城市，占5.0%。酸雨主要分布在長(zhǎng)江沿線及以南-青藏高原以東地區(qū)，主要包括浙江、江西、福建、湖南、重慶等?。ㄊ校5]。近年來(lái)，在北方酸雨區(qū)范圍逐漸向北擴(kuò)展的背景下[6]，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，包括遼寧省在內(nèi)的東北地區(qū)降水酸度逐年增強(qiáng)，而丹東市由于酸雨頻發(fā)也成為了遼寧省酸雨的多發(fā)區(qū)[7-8]。筆者對(duì)2007～2013年丹東地區(qū)酸雨監(jiān)測(cè)站的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，探討丹東地區(qū)酸雨特征和形成原因。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源 丹東市酸雨觀測(cè)站位于浪頭國(guó)家基本氣象站，為國(guó)家級(jí)酸雨觀測(cè)站。丹東地區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候， 歷年平均年降水量為 864.7～1 077.6 mm，主要集中在夏季。從2006年開(kāi)始進(jìn)行酸雨連續(xù)觀測(cè)。選用2007年1月～2013年12月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是按照中國(guó)氣象局于2006年1月發(fā)布的《酸雨觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范》獲得的，測(cè)量所用儀器設(shè)備為上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的PHS-3B型pH計(jì)和DDS-307型電導(dǎo)率儀，其中電導(dǎo)電極為DJS-1C型、測(cè)溫探頭為T(mén)-818-A6型。為了反映不同氣象條件的變化情況，選擇風(fēng)向、風(fēng)速、云狀和天氣現(xiàn)象等氣象因子進(jìn)行相關(guān)表征。在此所應(yīng)用的記錄數(shù)據(jù)是2007年1月～2013年12月的地面氣象月數(shù)據(jù)文件。

1.2 分析方法

年均降水pH采用氫離子濃度[H+]-降水量加權(quán)法，即將每日降水pH換算成氫離子濃度后，乘上相應(yīng)的日降水量，求和，再除以年內(nèi)總降水量，得平均氫離子濃度，再取負(fù)對(duì)數(shù)，即為年均降水pH[9]。酸雨出現(xiàn)頻率（F）取降水pH<5.6的次數(shù)，除以當(dāng)年pH觀測(cè)的總次數(shù)，即得到酸雨發(fā)生的頻率[9]。按降水的pH大小，劃分酸雨強(qiáng)度等級(jí)為非酸雨、弱酸雨、強(qiáng)酸雨，其日降水pH分別為pH≥5.6、4.5≤pH<5.6、pH<4.5。按照年（季、月）酸雨頻率，劃分酸雨頻率等級(jí)為酸雨偶發(fā)、少發(fā)、多發(fā)、頻發(fā)、高發(fā)，其對(duì)應(yīng)的酸雨頻率分別為F≤5%、580%。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹東地區(qū)降水的pH變化 統(tǒng)計(jì)丹東地區(qū)2007～2013年酸雨資料（圖1）發(fā)現(xiàn)，2007～2013丹東地區(qū)酸雨降水年平均pH均低于5.6，達(dá)到酸雨標(biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn)近年來(lái)丹東地區(qū)降水酸度變化相對(duì)穩(wěn)定;pH年平均最低值出現(xiàn)在2007年，為4.8，最高值出現(xiàn)在2008年，為5.5，均達(dá)到輕酸雨區(qū)標(biāo)準(zhǔn);自2008以來(lái)，降水pH呈逐年波動(dòng)下降趨勢(shì)，可見(jiàn)丹東地區(qū)降水酸化有加重的趨勢(shì)。2007～2013年丹東酸雨頻率平均值為36.1%，出現(xiàn)酸雨共246次，總體形勢(shì)可分為3個(gè)階段：①2007～2008年，酸雨污染減輕，降水pH由2007年的4.82上升至2008年的5.51，同時(shí)酸雨頻率由2007年的47.9%下降至2008年的19.7%。2008年為近年來(lái)酸雨污染最輕的一年。②2008～2011年，降水pH雖呈現(xiàn)平穩(wěn)變化，但總體呈下降趨勢(shì);酸雨頻率也呈上升趨勢(shì)。③2011～2013年，酸雨污染加重，降水pH由2011年的5.29下降至2013年的5.00，而酸雨頻率也由2011年的29.2%上升至41.8%。

參考張新民等的研究[10]，2007年全國(guó)平均酸雨日數(shù)為1993年有系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)以來(lái)的最高值，遼寧省降水大部分地區(qū)呈中性，酸雨主要分布在大連、丹東和阜新3個(gè)地區(qū)。洪也等從我國(guó)酸雨與區(qū)域SO2排放量的變化一致性，以及大氣成分區(qū)域本地站降水中SO2-4和NO-3濃度上升的事實(shí)來(lái)看，酸雨污染主要來(lái)自源于工業(yè)SO2和NOX等酸性物質(zhì)的排放[11]。

圖1 2007～2013年丹東地區(qū)降水平均pH、酸雨發(fā)生頻率年變化

2.2 丹東地區(qū)酸雨的月變化 從丹東市逐月降水平均pH與酸雨頻率的變化曲線（圖2）可以看出，2007～2013年丹東地區(qū)降水pH平均值最高出現(xiàn)在3和4月，均為5.47;次值出現(xiàn)在9月，為5.46;最低平均值出現(xiàn)在5月，為4.84;從整體上看，逐月降水pH平均值呈現(xiàn)為兩峰一谷的波動(dòng)形態(tài)。丹東地區(qū)1～12月均有酸雨現(xiàn)象出現(xiàn)，且酸性降水的出現(xiàn)頻率有明顯的月變化;4月的酸雨頻率最低，為19.0%;10月的酸雨頻率最高，為51.2%，11月次之，為47.7%;10月為全年最易出現(xiàn)酸雨的月份;5～8月酸性降水頻率變化平緩。

圖2 2007～2013年丹東地區(qū)降水平均pH與酸雨頻率月變化

2.3 丹東地區(qū)酸雨的季節(jié)變化 由2007～2013年丹東市降水pH和酸雨頻率季節(jié)變化（圖3）可見(jiàn)，丹東地區(qū)的酸雨季節(jié)性變化規(guī)律比較明顯，夏、冬兩季降水pH的季平均低，降水酸性較強(qiáng)，分別為5.10和5.11;春、秋兩季降水pH的季平均相對(duì)偏高，分別為5.26和5.29;近年來(lái)丹東地區(qū)酸雨頻率秋季最高，占當(dāng)季的43.3%;夏季次之，占當(dāng)季的37.3%;春、冬季分別占當(dāng)季的30.1%、32.6%，說(shuō)明2007～2013年丹東市全年酸雨頻率呈現(xiàn)出從春季開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)夏季持續(xù)上升，在秋季達(dá)到頻率最大，之后開(kāi)始緩慢下降至冬季的循環(huán)趨勢(shì)。參考王文興等的研究[12]發(fā)現(xiàn)，我國(guó)東部和東南部沿海地區(qū)的酸雨來(lái)源比較復(fù)雜。冬、春季不僅受西部大陸的影響，也受日本和韓國(guó)的影響;北部沿海地區(qū)至丹東一帶，全年降水和酸雨均集中在夏季，而夏季盛行東南風(fēng)，因而來(lái)自朝鮮半島和日本的區(qū)域輸送也是造成酸雨加重的主要原因。

圖3 2007～2013年丹東地區(qū)降水pH和酸雨頻率季節(jié)變化

2.4 酸雨與氣象要素的關(guān)系

2.4.1 與風(fēng)的相關(guān)分析。由2007～2013年丹東地區(qū)酸雨出現(xiàn)的風(fēng)玫瑰統(tǒng)計(jì)圖及降水pH（圖4）可見(jiàn)，來(lái)自偏東北方向的風(fēng)更容易形成酸雨，且酸性較強(qiáng)。這主要是受本溪、沈陽(yáng)、撫順和鞍山的影響，它們排放的SO2會(huì)對(duì)丹東酸雨做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，位于酸雨監(jiān)測(cè)站北方的電廠排污也會(huì)增加北風(fēng)中的酸性物濃度[8]。

圖4 2007～2013年丹東地區(qū)酸雨出現(xiàn)時(shí)的風(fēng)玫瑰統(tǒng)計(jì)圖及降水pH

2.4.2 與降水量的相關(guān)分析。

統(tǒng)計(jì)2007～2013年丹東地區(qū)日降水量與降水酸度和出現(xiàn)酸雨頻率，其中日降水量p<1.0 mm，棄樣不測(cè);p>110 mm，數(shù)據(jù)僅有2 d，屬罕見(jiàn)值，不具代表性，故未計(jì)入統(tǒng)計(jì)。由表1可見(jiàn)，以每日（08：00～次日08：00）不同降水量劃分統(tǒng)計(jì)出的酸性降水結(jié)果也呈現(xiàn)一定規(guī)律性。pH平均值隨著日降水量的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)“U”型變化，但曲率較小;酸雨出現(xiàn)的頻率則是隨著降水量增大反而減小?？梢?jiàn)中等量級(jí)的雨量最易引發(fā)酸性較強(qiáng)的酸雨，降水少易于多發(fā)酸性降水。

表1 2007～2013年丹東地區(qū)日降水量與降水酸度和出現(xiàn)酸雨的頻率

2.5 酸雨成因分析

2.5.1 當(dāng)?shù)厮嵝詺怏w的排放。丹東市當(dāng)?shù)叵虼髿馀欧臩O2污染物主要是通過(guò)工廠的低煙囪點(diǎn)源和居民燃煤采暖的面源2個(gè)途徑。一方面，隨著近年來(lái)丹東地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，工業(yè)布局較2007年之前密集程度有一定提高，從而SO2的工業(yè)排放量也隨之緩慢上升，酸雨測(cè)站監(jiān)測(cè)到的降水pH變化穩(wěn)中有降，降水酸度增強(qiáng)，酸雨頻率提高;另一方面，從近年來(lái)酸雨出現(xiàn)的頻率可以看出11月頻率值為47.7%，屬于全年酸雨高發(fā)月份，而11月正是遼寧地區(qū)供暖初期。總的來(lái)說(shuō)，丹東市當(dāng)?shù)厮嵝詺怏w的排放對(duì)形成酸雨的貢獻(xiàn)相對(duì)不大。

2.5.2 區(qū)域輸入。丹東地處中朝邊境，除冬季外，其他季節(jié)海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換明顯，非供暖造成的酸性降水主要集中在夏季，而夏季又盛行東南風(fēng)，因此丹東地區(qū)區(qū)域輸入是形成酸雨的主要因素。來(lái)自東南和西南的氣流形成的降水酸度較強(qiáng)，酸雨頻率高，污染嚴(yán)重。根據(jù)王日東等的研究表明，在雨季5～8月，日本、朝鮮和韓國(guó)等境外排放對(duì)丹東市和周邊地區(qū)硫酸鹽濕沉降的貢獻(xiàn)率在7%～10%，硝酸鹽為22%～25%，銨鹽為8%左右[13]。

2.5.3 地形特征及氣候條件。丹東地區(qū)位于遼寧省東南部、鴨綠江西岸，北依長(zhǎng)白山，南臨黃海，東隔鴨綠江與朝鮮民主主義共和國(guó)相望。地勢(shì)由東北向西南逐漸降低，可劃分為北部中低山區(qū)、南部丘陵區(qū)、南緣沿海平原區(qū)3類規(guī)模較大的地貌單元，這種地形分布對(duì)于境外輸入的空氣污染物的稀釋與擴(kuò)散較為不利。丹東市平均年降水量在864.7～1 077.6 mm，其中2/3的降水集中在夏季，而前文通過(guò)風(fēng)向、風(fēng)速與降水分析可見(jiàn)，以四季劃分，近年來(lái)丹東地區(qū)夏季降水酸性最強(qiáng)。夏季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)和南偏東風(fēng)，正成為東南鄰國(guó)酸性物輸入的氣流載體。

3 結(jié)論與討論

（1）近7年來(lái)，丹東地區(qū)年降水平均值持續(xù)低于5.6，酸雨發(fā)生頻率平均值為36.1%，酸雨情況總體呈波動(dòng)增強(qiáng)趨勢(shì)。降水酸度和酸雨頻率有明顯的月、季變化。夏季酸性最強(qiáng)，秋季頻率最高。10月為全年最易出現(xiàn)酸雨的月份。

（2）風(fēng)向和風(fēng)速與降水對(duì)酸雨的形成有一定影響。丹東地區(qū)來(lái)自偏東北方向的風(fēng)更容易形成酸雨，且酸性較強(qiáng)。這主要是受本溪、沈陽(yáng)、撫順和鞍山的影響，它們排放的SO2會(huì)對(duì)丹東酸雨做出貢獻(xiàn)?？梢?jiàn)中等量級(jí)的雨量最易引發(fā)酸性較強(qiáng)的酸雨，降水少易于多發(fā)酸性降水。

（3）從成因來(lái)看，丹東地區(qū)當(dāng)?shù)嘏欧诺酱髿庵械腟O2和NOX等酸性物質(zhì)并不是造成當(dāng)?shù)厮嵊晟傻闹饕蛩亍?duì)降水酸化貢獻(xiàn)最大的途徑為區(qū)域輸入，主要表現(xiàn)在來(lái)自日本海西北部地區(qū)經(jīng)朝鮮半島北上的軌跡通過(guò)氣流輸送酸性物質(zhì)。地形特征和氣候條件也對(duì)酸雨的形成有所貢獻(xiàn)。

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