焦作酸雨特征及氣象影響因素分析

李慧萍

摘 要：本文利用焦作市2008—2017年酸雨觀測站的相關(guān)數(shù)據(jù)觀測資料，著重針對近10a來該地區(qū)酸雨變化特征進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上探討不同氣象條件及大氣污染物對酸雨的影響。結(jié)果表明：降水年平均pH值為4.74～6.75。 2008—2011年降水平均pH值均小于5.6，2012—2017年降水平均pH值均大于5.6。且近10a來，降水pH值呈波動上升的趨勢。采集大于10mm以上的降水，說明近地層污染物濃度對降水酸度有重要影響。月降水電導(dǎo)率K值的大小與月總降水次數(shù)呈反相關(guān);降水電導(dǎo)率K值總的季分布趨勢為冬季>春季>秋季>夏季; 10a來年平均降水電導(dǎo)率K值在50～100之間波動，整體有波動下降的趨勢。酸雨污染的減輕顯示了大氣污染防治對空氣環(huán)境有較大的改善。

關(guān)鍵詞：酸雨; pH值; K值; 影響因素

中圖分類號：S161 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190830064

引言

所謂酸雨指的是pH值在5.6以下的雨、雪、雹等大氣降水。人類排放的氮氧化物及硫氧化物經(jīng)過各種氧化反應(yīng)進(jìn)而生成的硝酸及硫酸是引發(fā)酸雨的主要污染物質(zhì)。近些年來，相關(guān)部門加大焦作地區(qū)空氣污染治理力度，嚴(yán)重影響了該地區(qū)酸雨污染發(fā)展趨勢。本文利用焦作市2008—2017年酸雨觀測站的酸雨觀測資料，針對該地區(qū)近10a酸雨變化特征進(jìn)行分析，并與這一時期地面觀測站天氣現(xiàn)象、風(fēng)、降水量資料相結(jié)合，探討了影響焦作地區(qū)酸雨變化的主要氣象因素。

1 資料及統(tǒng)計方法

焦作氣象局于2008年1月1日正式開始酸雨觀測，酸雨觀測站位于焦作市東苑路（N35°14′，E113°16′），海拔高度112.0m。本文所用酸雨觀測資料為 2008—2017年的降水pH值及電導(dǎo)率K值數(shù)據(jù)。并使用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的pH計（PHS-3B）對降水pH值進(jìn)行測定，其單位為±0.01pH。使用上海精密科學(xué)儀器有效公司生產(chǎn)的電導(dǎo)率測定儀（DDS-307）對降水電導(dǎo)率K值進(jìn)行測定，該精度單位為0.1μS/cm。并以中國氣象局《酸雨觀測業(yè)務(wù)規(guī)范》中的降水量加權(quán)平均法為依據(jù)對降水平均pH值及電導(dǎo)率K值進(jìn)行計算。

2 酸雨污染狀況及特征分析

2.1 酸雨污染狀況

酸雨觀測降水采樣的日界選取每日08：00（北京時），并選取當(dāng)日08：00—次日08：00作為1個降水采樣日。焦作2008 年1 月—2017年12月的觀測資料共采集降水樣本752條（日降水量≥0.1mm），從中剔除233條因降水量小于1.0mm而形成的不完整觀測記錄，剔除1條未通過K-PH不等式方法檢驗的觀測記錄，剔除94條因采樣過程中有昆蟲、鳥糞等生物性雜物混入致使降水樣品受到污染的觀測記錄，本文共采用觀測數(shù)據(jù)樣本424條。

2008—2017年pH值隨時間的變化區(qū)域越來越集中，整體呈波動上升的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，日降水pH值最大為 9.15，出現(xiàn)在2008 年1月27日，日降水pH值最小為3.76，出現(xiàn)在2008 年6月12日;月平均pH值最大為7.87，出現(xiàn)在2017年3月，月平均pH 值最小為3.99，出現(xiàn)在2010 年8月;月平均K 值最大為668.0，出現(xiàn)在2010 年1月，月平均K 值最小為33.9，出現(xiàn)在2017 年5月。10a共出現(xiàn)酸雨日46次，酸雨出現(xiàn)頻率為10.8%。

2.2 酸雨特征分析

利用焦作10 a的424次水樣，統(tǒng)計日降水PH 值在5.6以下的4個級別的出現(xiàn)頻率。各級別酸雨的出現(xiàn)頻率可以表示為下表1。

由此可見，焦作酸雨少發(fā)，且多呈弱酸雨。

3 降水pH值變化情況

3.1 酸雨出現(xiàn)次數(shù)和出現(xiàn)頻率的年度變化

以2012年為分界，2008—2011年酸雨出現(xiàn)次數(shù)較多，且酸性較強，酸雨出現(xiàn)頻率較大，最大值出現(xiàn)在2011年，達(dá)到25.5%。2012—2017年酸雨出現(xiàn)次數(shù)明顯偏少，日降水pH<4.5，年總次數(shù)全部為0，說明2012年及以后出現(xiàn)酸雨時全呈弱酸性，酸雨出現(xiàn)頻率也明顯偏小，2014年全年無酸雨。

自2008年以來，年平均降水pH值呈波動上升趨勢，說明酸雨強度的減弱。2008—2011年平均降水pH值均小于酸雨界線值，2012—2017年平均降水pH值均大于酸雨界線值。2012年以來，年平均降水pH值均高于10a均值5.89，反映焦作地區(qū)降水酸度明顯降低，酸雨污染明顯改善的趨勢特征。

3.2 酸雨季節(jié)分布

焦作市位于豫西北的太行山南麓，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒少雪。而且隨著季節(jié)的變化，酸雨的出現(xiàn)頻率及其強度均發(fā)生一定程度的變化，其中冬季發(fā)生酸雨的頻率最高為16.3%，其次為秋季，酸雨發(fā)生頻率為13.8%，而春季及夏季發(fā)生酸雨的頻率相對較低，夏季與秋季酸雨的強度較強。

3.3 酸雨各月出現(xiàn)情況及酸度變化

各月酸雨出現(xiàn)的次數(shù)不均，8月、9月出現(xiàn)次數(shù)較多。酸雨出現(xiàn)頻率的差異較大，1 月出現(xiàn)的頻率最高為25.0%、9月出現(xiàn)的頻率次之為18.9%，3 月及 5—7 月出現(xiàn)的頻率較低，5月為最低，達(dá)到2.6%。

4 降水電導(dǎo)率變化情況

4.1 降水電導(dǎo)率的年變化

大氣降水的導(dǎo)電能力反映大氣降水潔凈程度，用電導(dǎo)率來度量，其定義為通過電導(dǎo)測量池中待測溶液的電流密度與施加其上的電場強度之比。統(tǒng)計10a來降水電導(dǎo)率，年平均降水電導(dǎo)率K值在50～100之間波動，整體有波動下降的趨勢。K值越小，證明大氣降水越潔凈。

4.2 降水電導(dǎo)率的季節(jié)變化

統(tǒng)計10a來四季平均降水電導(dǎo)率，最大值出現(xiàn)在冬季，為136.8，最小值出現(xiàn)在夏季63.3，酸雨K值總的季分布趨勢為冬季>春季>秋季>夏季。夏季雨水較多，電導(dǎo)率值偏小，說明降雨對空氣有很強的凈化作用。

4.3 降水電導(dǎo)率的月變化

統(tǒng)計10a來各月平均降水電導(dǎo)率，最大值出現(xiàn)在12月，為179.4，最小值出現(xiàn)在8月，為58.1，各月平均K值大致呈“U”型分布。在10a降水中，12 月出現(xiàn)降水次數(shù)最少，8月出現(xiàn)次數(shù)最多為57次，說明月降水電導(dǎo)率的大小與月總降水次數(shù)呈反相關(guān)。

5 酸雨污染與氣象條件的關(guān)系

5.1 酸雨與風(fēng)的關(guān)系

風(fēng)是酸雨形成的主要氣象因子之一，統(tǒng)計焦作2008—2017年日降水pH<5.6時的24h 的地面風(fēng) （02：00、08：00、14：00、20：00定時風(fēng)），分析酸雨日能夠發(fā)現(xiàn)，酸雨日地面風(fēng)向以ENE、NE為主，這2個風(fēng)向占到全部風(fēng)向的27.2%，平均風(fēng)速為2.4m/s。這一現(xiàn)象與焦作的地形及其盛行風(fēng)密切相關(guān)。

5.2 酸雨與天氣現(xiàn)象的關(guān)系

當(dāng)大氣層結(jié)較為穩(wěn)定時，對湍流的發(fā)展起到了一定的抑制作用，為大霧天氣的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件。此時大氣當(dāng)中的污染物難以及時擴散，使出現(xiàn)酸性降水的頻率顯著增加。統(tǒng)計焦作2008—2017年日降水pH<5.6時，每日發(fā)報時的天氣現(xiàn)象，除降水現(xiàn)象外，輕霧出現(xiàn)率達(dá)95.7%，說明酸雨日能見度較差，基本小于10.0km，出現(xiàn)輕霧、霧的機會較多。

5.3 酸雨與降水量的關(guān)系

焦作市四季降水表現(xiàn)不盡相同，在對酸雨進(jìn)行觀測時發(fā)現(xiàn)：降雨量不同導(dǎo)致其酸度存在著一定程度的差異。本文以酸雨觀測獲取的雨量為依據(jù)將其劃分為以下4個等級，如表2。

并著重針對各種降雨等級下降水的pH平均值、K值平均值及酸雨出現(xiàn)頻率的變化情況進(jìn)行分析。

通過分析能夠得出，各個等級的降水酸度、酸雨發(fā)生頻率等存在著顯著差異，其中1.0～50.0mm雨量等級里的pH值均低于 5.60為酸雨，隨著雨量的增大，pH值呈波動變化，其中大雨的降水酸度最高為5.09;在雨量50mm以內(nèi)，酸雨出現(xiàn)率隨雨量增大逐漸增多，當(dāng)降雨量≥50mm時，酸雨出現(xiàn)率則迅速減小。

K值的大小隨著降雨的增大呈線性下降的趨勢，說明雨量對空氣有一定凈化作用，且雨量越大，凈化作用越強。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]中國氣象局.酸雨觀測業(yè)務(wù)規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2005.