賈立亭，周焱博，吳振芳

陽(yáng)泉市酸雨變化特征及其影響因素分析

賈立亭1，周焱博1，吳振芳2

（1.山西省陽(yáng)泉市氣象局，山西 陽(yáng)泉 045000；2.山西省平定縣氣象局，山西 平定 045200）

為準(zhǔn)確掌握陽(yáng)泉市降水的酸堿度及發(fā)生規(guī)律，進(jìn)而為開(kāi)展環(huán)境氣象預(yù)報(bào)及降水污染防治提供科學(xué)依據(jù)，利用2017—2019年陽(yáng)泉市酸雨觀(guān)測(cè)資料和同期氣象要素觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算，并分析了陽(yáng)泉市降水pH值、電導(dǎo)率K值的變化特征及其影響因素，結(jié)果表明，陽(yáng)泉市屬于輕酸雨區(qū)，年平均pH值為酸性；秋季和冬季降水的pH值低于春季和夏季，降水的電導(dǎo)率K值呈相反的變化態(tài)勢(shì)；陽(yáng)泉市的酸雨更易發(fā)生在小量級(jí)的降水中；受東北風(fēng)和偏東風(fēng)影響時(shí)，酸雨污染嚴(yán)重。

氣象條件；酸雨；pH值；變化特征

1 引言

酸雨的常規(guī)定義是指pH值小于5.60的大氣降水，降水形式包括雨、雪及雹等[1]，酸雨是由于人類(lèi)活動(dòng)排放的大量酸性物質(zhì)在大氣環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸和硝酸，并溶于雨水中降落至地面形成的[2]。酸雨又被稱(chēng)為“空中死神”，可造成土壤、河流和湖泊的酸化，使土壤營(yíng)養(yǎng)元素流失，導(dǎo)致土壤貧瘠，造成生命體的繁殖和發(fā)育紊亂，還可加快建筑物被腐蝕的速度和影響人類(lèi)健康等[3]。

近幾年來(lái)，中國(guó)學(xué)者對(duì)大氣降水污染的局地特征、時(shí)空演變以及影響因素進(jìn)行了大量研究分析[4]。陽(yáng)泉市位于山西省東部，太行山中段西麓，東隔太行山與石家莊市相望，西接太原市，是一座新興工業(yè)城市，境內(nèi)地貌以山地為主，其余為丘陵和平原。陽(yáng)泉市是京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市之一，且陽(yáng)泉市作為人口較為聚集的重工業(yè)城市，大氣環(huán)境問(wèn)題尤為緊迫，目前對(duì)陽(yáng)泉地區(qū)酸雨的研究較少，本文利用2017—2019年陽(yáng)泉市平定縣國(guó)家基本氣象站的觀(guān)測(cè)資料分析了酸雨的變化特征及氣象條件對(duì)酸雨的影響，以期為陽(yáng)泉市酸雨控制和防范對(duì)策指定提供參考。

2 資料與方法

酸雨資料來(lái)源于2017-01—2019-06陽(yáng)泉市平定縣國(guó)家基本氣象站的酸雨監(jiān)測(cè)資料，平定酸雨監(jiān)測(cè)站位于37°47′N(xiāo)、113°38′E，觀(guān)測(cè)場(chǎng)海拔高度為753 m，觀(guān)測(cè)要素主要包括降水時(shí)段、降水量、降水pH值和電導(dǎo)率K值（單位為μs·cm-1）、每日4個(gè)時(shí)次（14時(shí)、20時(shí)、02時(shí)、08時(shí)），10 min平均風(fēng)向風(fēng)速；其中pH值和K值取3次讀數(shù)的平均值，電導(dǎo)率K值為訂正至25. 0 ℃的標(biāo)準(zhǔn)值。

本文選取2017—2019年陽(yáng)泉地區(qū)共129個(gè)降水樣本，其中2018-01—2018-02、2018-12、2019-01和2019-05無(wú)降水觀(guān)測(cè)樣本（月降水量均小于1 mm，無(wú)采集樣本），不參與年平均降水量和季平均降水量的計(jì)算。降水平均pH值、酸雨出現(xiàn)頻率及電導(dǎo)率K值的計(jì)算方法按照中國(guó)氣象局《酸雨觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范》（2005）[1]中的方法。

3 結(jié)果分析

3.1 酸雨變化特征

3.1.1 酸雨年變化

由2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)129個(gè)降水樣本統(tǒng)計(jì)可知，此期間樣本總降水量為1 212.4 mm。統(tǒng)計(jì)分析可知，在此期間陽(yáng)泉地區(qū)降水pH值范圍在4.32～7.78。參照程新金和黃美元的分析方法[5]，將酸雨的酸度分為強(qiáng)酸性（pH＜4.50）、中度酸性（4.50≤pH＜5.00）、弱酸性（5.00≤pH＜5.60）3個(gè)等級(jí)進(jìn)行細(xì)化分析，129個(gè)樣本中，共出現(xiàn)酸雨38次。其中強(qiáng)酸雨僅出現(xiàn)2次，出現(xiàn)頻率為1.6%，出現(xiàn)在2017-10；中度酸雨出現(xiàn)11次，出現(xiàn)頻率為8.5%，有10次出現(xiàn)在2017年；大部分為弱酸雨，出現(xiàn)25次，出現(xiàn)頻率19.8%。2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)酸雨的K值變化范圍 在20～210，大部分K值集中在20～100，約占酸雨總樣本的68.4%。

2017年陽(yáng)泉地區(qū)共59個(gè)降水樣本，年平均pH值5.93，酸雨出現(xiàn)頻率39.0%，屬于輕酸雨區(qū)。2018年陽(yáng)泉地區(qū)共57個(gè)降水樣本，年平均pH值6.14，酸雨出現(xiàn)頻率24.6%，屬于輕酸雨區(qū)，相比較2017年有所改善。

3.1.2 酸雨月、季變化

2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)降水月平均pH值和K值的變化特征如圖1所示，由圖1可見(jiàn)，陽(yáng)泉地區(qū)降水的pH值隨季節(jié)波動(dòng)變化明顯，一般秋季和冬季為pH值波谷，春季降水的pH值逐漸增大，夏季一般為pH值波峰；降水的K值與pH值大體呈相反的變化特征，其波峰（谷）基本與pH值的波谷（峰）相對(duì)應(yīng)。陽(yáng)泉地區(qū)降水的pH值最小值與平均pH值的變化趨勢(shì)一致。冬季陽(yáng)泉市氣溫較低，11～3月為取暖期，燃煤量增加，因煤中的含硫量較高，為大氣中硫的主要來(lái)源，硫是主要的致酸物質(zhì)，也是降水電導(dǎo)率K值增大的主要貢獻(xiàn)者。冬季采暖期間陽(yáng)泉地區(qū)主要受地面冷高壓的控制，降水較少，且極易出現(xiàn)逆溫，不利于大氣污染物的擴(kuò)散，為酸雨的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件。分月加權(quán)平均得到2017—2019年陽(yáng)泉地區(qū)1～12月平均pH值和K值，分析可得降水的pH值1月最低，降水的平均pH值和K值大體呈相反的變化特征，其波峰（谷）基本與pH值的波谷（峰）相對(duì)應(yīng)。

圖1 2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)降水月平均pH值、月最小pH值及月平均K值變化

3.2 氣象條件及污染物對(duì)酸雨的影響

3.2.1 降水對(duì)酸雨的影響

2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)降水pH值、K值與降水量的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，降水的pH值較小值和K值較大值主要出現(xiàn)在降水量為20 mm以?xún)?nèi)的降水中，降水的pH值最小值和K值最大值主要出現(xiàn)在降水量小于2 mm量級(jí)的降水中。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降水量級(jí)為小雨時(shí)出現(xiàn)弱酸雨的概率最高，而一般情況強(qiáng)降水則不利于酸雨的形成。陽(yáng)泉地區(qū)的酸雨更易發(fā)生在小量級(jí)的降水過(guò)程中，隨著降水量不斷增大，降水的酸性、酸雨發(fā)生概率或降水的平均電導(dǎo)率K值均呈下降的趨勢(shì)。

圖2 2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)降水pH值、K值與降水量的關(guān)系

3.2.2 風(fēng)對(duì)酸雨的影響

氣象條件除了影響前體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度外，對(duì)酸性物質(zhì)的輸送、擴(kuò)散、沉降也具有重要的作用?？諝庵械乃嵝晕镔|(zhì)可以通過(guò)大氣輸送至下游地區(qū)，在一定條件下形成酸雨。經(jīng)分析，陽(yáng)泉地區(qū)風(fēng)向?yàn)镹E和NNE時(shí)酸雨出現(xiàn)頻率最高，偏東風(fēng)和偏北風(fēng)對(duì)酸雨的貢獻(xiàn)較大。此外，ESE、SE風(fēng)時(shí)也可出現(xiàn)弱酸雨，而其他風(fēng)向時(shí)弱酸雨出現(xiàn)次數(shù)極少或不出現(xiàn)。綜上，陽(yáng)泉市受東北風(fēng)或偏東風(fēng)影響時(shí)，酸雨污染較嚴(yán)重，偏東風(fēng)為酸雨的發(fā)生提供了前期儲(chǔ)備條件。

4 結(jié)論

2017年陽(yáng)泉地區(qū)年平均pH值5.93，酸雨出現(xiàn)頻率39.0%，屬于輕酸雨區(qū)。2018年陽(yáng)泉地區(qū)平均pH值6.14，酸雨出現(xiàn)頻率24.6%，屬于輕酸雨區(qū)，相比較2017年有所改善。2017-01—2019-06陽(yáng)泉地區(qū)降水pH值和電導(dǎo)率K值月、季變化較明顯，降水pH值和K值基本上呈相反的變化特征，秋季和冬季的降水的pH值最小，可能與采暖季節(jié)的燃煤取暖密切相關(guān)。陽(yáng)泉市酸雨更易發(fā)生在小量級(jí)的降水過(guò)程中，隨著降水量的增大，云下沖刷作用對(duì)污染物的清除貢獻(xiàn)較大。NE和NNE風(fēng)向時(shí)陽(yáng)泉市酸雨污染較嚴(yán)重，另外，偏東風(fēng)和偏北風(fēng)對(duì)酸雨的貢獻(xiàn)也較大。

［1］中國(guó)氣象局.酸雨觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范［M］.北京：氣象出版社，2005．

［2］唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006．

［3］吳丹，王式功，尚可政.中國(guó)酸雨研究綜述［J］.干旱氣象，2006，24（2）：70-77.

［4］李倩，楊旭，馬梁臣，等.長(zhǎng)春市酸雨變化特征及其影響因素分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2017（4）：48-55.

［5］程新金，黃美元.降水化學(xué)特性的一種分類(lèi)分析方法［J］.氣候與環(huán)境研究，1998，3（1）：83-89.

X517

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.054

2095－6835（2019）24－0123－02

賈立亭（1994—），女，學(xué)士，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)與氣象服務(wù)工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕