高 蒙，賴俊濱，張興華，駱 晨，劉 明，孫志華

（中航空業(yè)北京航空材料研究院 航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室，北京 100095）

自然環(huán)境試驗是評價武器裝備在自然環(huán)境條件下的環(huán)境適應性和可靠性的一種重要手段，是提高裝備質量及使用壽命的有效途徑。然而，自然環(huán)境試驗具有區(qū)域性，不同的自然環(huán)境條件會對裝備產生不同的作用規(guī)律。因此，開展自然環(huán)境因素的監(jiān)檢測與分析工作、了解各種自然環(huán)境的特點及其環(huán)境因素的變化規(guī)律具有重要的意義[1]。

北京大氣試驗站是我國華北、東北和西北廣大溫帶亞濕潤區(qū)較好的自然環(huán)境試驗站，是我國最早建立的環(huán)境試驗站之一[2]。本文是在北京大氣試驗站長期監(jiān)測數據積累的基礎上，分析各類環(huán)境因素隨時間的變化規(guī)律，獲得該地區(qū)的氣候特征，為裝備環(huán)境適應性及可靠性評價提供了重要依據。

1 測項目及參數

根據自然環(huán)境因素對材料環(huán)境適應性能的影響程度，對北京大氣試驗站的氣象因素及大氣污染因素中的12個項目21個參數進行了長期的采集與監(jiān)測。氣象因素主要包括大氣溫度、相對濕度、降水、日照與太陽輻射量；污染物因素主要包括二氧化硫、海鹽粒子、氨、二氧化氮、硫化氫、雨水組分與大氣降塵，監(jiān)測參數及頻率詳見表1。

2 樣本采集與分析

環(huán)境因素（包括氣象因素和大氣污染物）監(jiān)測樣本的采集與分析，均按照國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗站網的《自然環(huán)境因素采集及監(jiān)測規(guī)程》的規(guī)定執(zhí)行。

北京大氣試驗站環(huán)境因素的采集、監(jiān)測周期為2012年1月至2014年12月，共36個月。氣象因素數據通過CAWS型地面監(jiān)測自動氣象站在現場進行自動監(jiān)測，并開展人工觀測作為輔助監(jiān)測方式；污染物因素數據主要通過人工方式進行采集。

3 監(jiān)測結果

3.1 氣象因素

本次環(huán)境氣象因素的監(jiān)測項目包括大氣溫度、相對濕度、降雨量、日照、太陽輻射等，主要是通過CAWS型地面監(jiān)測自動氣象站進行采集，數據經“自動氣象站要素監(jiān)測系統(tǒng)”處理及輸出，并采用人工觀測和其它儀器觀測作為輔助，監(jiān)測結果如下：

表1 環(huán)境監(jiān)測項目與參數表

3.1.1 溫濕度變化特征

溫濕度監(jiān)測采用的是HMP45D溫濕傳感器，采集頻率為1 min/次。2012至2014年北京大氣試驗站月溫度變化趨勢如圖1（a）所示，月相對濕度變化趨勢如圖1（b）所示。

3.1.2 降雨量

采用SL2-1型雨量傳感器進行降雨量的測量，測量范圍可達4 mm/min，允許誤差為±4 %。圖2為2012至2014年北京大氣試驗站降雨量的監(jiān)測結果。

3.1.3 太陽輻射量

采用FBS-2-B直接輻射表對太陽直輻射量與日照時數進行自動監(jiān)測記錄與分析，儀器的靈敏度在7～14 μV/W·m-2范圍內，誤差為±1 %。2012至2014年北京大氣試驗站月太陽總輻射量的變化趨勢如圖3所示。

3.2 大氣污染物

北京大氣試驗站大氣污染物采樣是采用連續(xù)法采集的方式，每次連續(xù)采集30 d。每月采集結束后取回樣品，利用722型光柵分光光度計（波長范圍：330～800 nm）進行污染物因素的分析。

大氣中二氧化硫（SO2）2012至2014年的月沉積率監(jiān)測結果如圖4所示，年平均沉積率統(tǒng)計結果分別為0.1 892 mg/100 cm2·d，0.1 843 mg/100 cm2·d和0.0 313 mg/100 cm2·d。

圖1 北京大氣試驗站月平均溫濕度變化趨勢

圖2 北京大氣試驗站月降雨量變化趨勢

圖3 北京大氣試驗站月太陽總輻射量變化趨勢

圖4 北京大氣試驗站二氧化硫（SO2）月沉積率

圖5 北京大氣試驗站海鹽粒子(Cl-)月沉積率

圖6 北京大氣試驗站氨(NH3)月沉積率

圖7 北京大氣試驗站二氧化氮(NO2)月沉積率

圖8 北京大氣試驗站硫化氫（H2S）月沉積率

表2 北京大氣試驗站雨水監(jiān)測結果

大氣中海鹽粒子（以Cl-計）2012至2014年的月沉積率監(jiān)測結果如圖5所示，年平均沉積率統(tǒng)計結果分別為0.0 176 mg/100 cm2·d，0.0 207 mg/100 cm2·d和0.2 869 mg/100 cm2·d。

大氣中氨（NH3）2012至2014年的月沉積率監(jiān)測結果如圖6所示，年平均沉積率統(tǒng)計結果分別為0.0 471 mg/100 cm2·d，0.0 493 mg/100 cm2·d和0.0 569 mg/100 cm2·d。

大氣中二氧化氮（NO2）2012至2014年的月沉積率監(jiān)測結果如圖7所示，年平均沉積率統(tǒng)計結果分別為0.1 011 mg/100 cm2·d，0.1 052 mg/100 cm2·d和0.6 026 mg/100 cm2·d。

大氣中硫化氫（H2S）2012至2014年的月沉積率監(jiān)測結果如圖8所示，年平均沉積率統(tǒng)計結果分別為0.0 571mg/100 cm2·d，0.0 597 mg/100 cm2·d和0.0 575 mg/100 cm2·d。

表3 北京大氣試驗站降塵監(jiān)測結果

北京大氣試驗站雨水監(jiān)測結果如表2所示。

大氣中降塵的檢測結果如表3所示。

4 分析與討論

4.1 典型氣候因素變化規(guī)律

1）北京地區(qū)屬中緯度地區(qū)，氣溫比較適中。2012至2014年平均溫度在12～14 ℃范圍內，月平均溫度變化與月份成正弦曲線規(guī)律，如圖1的（a）所示；溫度較高的月份出現在6、7和8月，最低溫度一般出現在1、2月份；2014年的極端最高溫度達到40.8 ℃，極端最低溫度達到了13.2 ℃。

2）北京地區(qū)屬亞濕潤型氣候，空氣比較干燥，全年濕度較小，平均相對濕度為47 %左右，在由圖1（b）可知月平均相對濕度在一年中的變化，發(fā)現濕度較高的月份一般出現在7、8月份，與平均溫度較高的月份基本一致。

3）北京地區(qū)的降雨量相對較少，降雨量較大的月份主要集中在6～9月份。在監(jiān)測的三年時間中，2012年月平均降雨量最大達到了412.7 mm，而2014年只有99.6 mm，每年的降雨量相差較大。

4）北京大氣站由于所處地點緯度較高，太陽高度角偏小，所以太陽輻射強度偏弱。經計算，年累計總輻射量在5 600 MJ/m2以下；太陽輻射的月變化較大，具有較強的隨機性，僅在冬季明顯較低。

4.2 典型污染物變化規(guī)律

1）北京大氣站的環(huán)境具有半鄉(xiāng)村大氣環(huán)境的特點，周邊工業(yè)污染較少，盡管在一定程度上受到了城市化進程的影響，但是大氣中的污染物含量仍然處于較低水平。2012至2014年的大氣污染物數據的對比分析，發(fā)現北京大氣試驗站大氣環(huán)境中的污染物以SO2、NO2的平均沉積率較高，在0.015 mg/100 cm2·d～1.0 mg/100 cm2·d范圍內；H2S和NH3的平均沉積率較低：在0.02 mg/100 cm2·d～0.09 mg/100 cm2·d 范圍內；Cl-的平均沉積率在2012與2013年較低：略低于0.025 mg/100 cm2·d，2014年Cl-的沉積率呈現一定程度的升高，反映出了北京大氣站具有內陸性氣候的特征。

2）大氣降塵監(jiān)測結果顯示，水溶性降塵的年平均沉積率逐年增加，2014年平均沉降率已達5.8 535 g/m2·30 d，約為前兩年的3倍，說明隨著機動車數量、燃料燃燒量的增多導致大氣降塵中易溶化合物含量隨之升高；非水溶性降塵的年平均沉積率逐年下降，2014年平均沉積率為前兩年的三分之一，說明隨著城市綠化植被的增多，沙塵天氣或沙塵暴出現再減少。

3）降雨監(jiān)測結果顯示，雨水中硫酸根離子濃度呈逐年下降趨勢，而氯離子濃度則呈逐年上升趨勢，導致雨水的pH值有所增加。

5 結論

1）北京大氣站年平均溫度在12～14 ℃之間，溫度較高的月份出現在6、7和8月，極端最高溫度一般出現6、7月份，最低溫度一般出現在1、2月份。

2）北京大氣站屬亞濕潤型氣候，空氣比較干燥，年平均相對濕度為47 %左右，相對濕度較高的月份一般出現在7、8月，與平均溫度較高的月份基本一致。

3）北京大氣站太陽輻射強度偏弱，年太陽總輻射量在5 600 MJ/m2以下，且太陽輻射的月變化較大，具有較強的隨機性，僅在冬季明顯較低。

4）北京大氣站的污染物沉積率較低，具有內陸性氣候、半鄉(xiāng)村大氣的特點。

[1]國防科工委科技與質量司，國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗研究中心編,國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗站網指南[M].北京:航空工業(yè)出版社,2008,3.

[2]秦曉洲,等 編著.自然環(huán)境試驗站典型環(huán)境特征及腐蝕圖譜[M].北京:航空工業(yè)出版社, 2010,9.