永濟(jì)市酸雨變化特征及其影響因素分析

■李霞

（山西省運(yùn)城市氣象局 山西 運(yùn)城044000）

永濟(jì)市酸雨變化特征及其影響因素分析

■李霞

（山西省運(yùn)城市氣象局 山西 運(yùn)城044000）

根據(jù)永濟(jì)市2013-2015年酸雨觀測(cè)資料，對(duì)近年來該地區(qū)酸雨變化特征進(jìn)行了總結(jié)，分析了不同氣象條件和大氣污染對(duì)降水酸度的影響。結(jié)果表明：2014年永濟(jì)市酸雨率較高，2015年酸雨率驟然下降，和當(dāng)?shù)卣扇〉囊幌盗蟹牢廴敬胧┯嘘P(guān)。氣象條件下降水量和降水酸度成正相關(guān)，降水強(qiáng)度越大，酸雨率越高，充分體現(xiàn)云下沖刷對(duì)雨水酸度的貢獻(xiàn)率很大，從而起到潔凈空氣的作用。

氣候

根據(jù)常規(guī)定義，酸雨是指pH值<5.6大氣降水，是由于人類活動(dòng)排放的大量酸性物質(zhì)，主要是含硫化合物和含氮化合物，在大氣中被氧化成不易揮發(fā)的硫酸和硝酸，并溶于雨水降落到地面所形成的[1]。研究表明雨水酸度是酸性離子和堿性離子綜合作用的結(jié)果,而不是某一種主要離子作用。國內(nèi)外諸多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，氨（NH3）、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）是我國酸雨形成的主要污染源，在有利氣象條件下，其溶解于水產(chǎn)生的NH4+、SO42-和NO3-等離子濃度極大地影響了我國酸雨的濃度及其時(shí)空分布。不僅破壞生態(tài)環(huán)境，呼入人體，造成深呼吸道損傷，抑制土壤微生物的繁殖，降低酶活性，造成土壤營養(yǎng)元素的嚴(yán)重不足，增加森林病蟲害等。因此，氣象條件的影響逐漸成為了酸雨研究的重點(diǎn)之一。

永濟(jì)市位于黃河中游，山西省南部，運(yùn)城盆地西南端。地處山、塬、河的交匯處，西濱黃河，最低海拔334米，南依東西走向的中條山，北有峨嵋塬，最高海拔1993.9米，地勢(shì)低凹，城鄉(xiāng)中煤的燃燒、人口密集、工業(yè)發(fā)展、城市不斷擴(kuò)大，燃料消耗量增加，還有人為源造成空氣污染越發(fā)嚴(yán)重。利用永濟(jì)酸雨資料分析研究對(duì)了解永濟(jì)酸雨的狀況具有實(shí)際的意義。

利用2013年-2015年永濟(jì)市酸雨觀測(cè)站的觀測(cè)資料，分析永濟(jì)市酸雨的變化特征，結(jié)合地面資料分析氣象要素變化對(duì)酸雨的影響，探尋氣象條件對(duì)酸雨的作用規(guī)律。

1 永濟(jì)市酸雨特征分析

1.1 數(shù)據(jù)來源

酸雨觀測(cè)資料（2013-2015）來自于永濟(jì)市酸雨觀測(cè)站,位于永濟(jì)國家基本氣象站內(nèi)，數(shù)據(jù)采集方式是人工，通常是降水過程大于1.0毫米時(shí)，觀測(cè)站測(cè)得的pH值小于5.6的雨、雪、雹等的降水。以北京08時(shí)為采樣時(shí)間，測(cè)定儀器為PHS-3E。測(cè)定PH時(shí)段內(nèi)的降水量均來自于永濟(jì)觀測(cè)站。

1.2 酸雨率與pH年均值變化特征

酸雨率為該地區(qū)酸雨次數(shù)除以降雨的總次數(shù)，一年出現(xiàn)酸雨的降水過程次數(shù)除以全年降水過程的總次數(shù)乘以100%，一般認(rèn)為酸雨率是0%-20%，為非酸雨區(qū)；酸雨率是20%-30%，為輕酸雨區(qū)；酸雨率是30%-50%，為中度酸雨區(qū)。

圖1利用永濟(jì)2013年-2015年測(cè)得的157個(gè)酸雨數(shù)據(jù)分析，酸雨的變化范圍在4.01-7.16之間，2014年出現(xiàn)酸雨次數(shù)23次，維持在4.4-7.2之間，2013年酸雨率21.95%，到2014年驟然上升到39.66%，達(dá)到了3年的最高值，隨后到2015年酸雨率回升到10.34%。

1.3 2013年-2015年永濟(jì)市酸雨月變化特征

降水酸度的具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)酸雨（PH＜4.5），弱酸雨（4.5≤PH＜5.6）和非酸雨（PH≥5.6）。四季劃分標(biāo)準(zhǔn)為春（3～5月）、夏（6～8月）、秋（9～11月）、冬（12月、1～2月）。

圖1 2013-2015 年永濟(jì)市酸雨年均PH值及酸雨率

圖2 2013-2015年永濟(jì)市酸雨P(guān)H值及酸雨率逐月平均值

圖2為2013年-2015年永濟(jì)市酸雨P(guān)H值和酸雨平均頻率的逐月分布圖，圖中數(shù)據(jù)表明，冬季12月、1月酸雨頻率較高，分別達(dá)到50%，夏季8月份酸雨率較高40%，春季4月份較易出現(xiàn)，酸雨率30%；夏季不易出現(xiàn)酸雨，三月份在三年間卻沒有出現(xiàn)酸雨。pH值在四季有小幅變化，強(qiáng)度變化主要在冬季和秋季。

對(duì)患者診斷前十二小時(shí)禁止飲食，患者掃描前需要服用泛影葡胺1%～2%，或服用水500～1000mL，采取仰臥位。19例患者采取CT檢查，8例患者首先平掃隨后實(shí)施增強(qiáng)掃描，在患者肘靜脈將碘佛醇注射液以3mL/s速度注射1～2mI/kg，隨后進(jìn)行靜脈掃描[2]。選擇西門子16層螺旋CT，參數(shù)為120kV、200mA，層厚、層距選擇5mm，螺距調(diào)整為1。21例患者使用MRI進(jìn)行檢查，選擇西門子Essenza

從歷年各月分析，PH最小值4.04，出現(xiàn)在2014年4月，最高值7.16，出現(xiàn)2013年2月。

2 2013-2015年影響永濟(jì)市酸雨因素分析

2.1 酸雨與降水量的關(guān)系

酸雨的出現(xiàn)一方面和處于大氣環(huán)境中致酸物質(zhì)的濃度有關(guān)，另一方面，不同的氣象條件對(duì)大氣中顆粒物質(zhì)的雨除和沖刷能力不同[2]，導(dǎo)致降水酸性和堿性物質(zhì)相對(duì)比例存在差異，使降水酸度發(fā)生變化。

根據(jù)歷次酸雨采樣期間降水量的情況，將降水量分成4個(gè)等級(jí)：小雨（1.0～9.9mm）、中雨(10.0～24.9mm）、大雨（25.0～49.9mm）和暴雨(≧50.0mm）。圖3是2013-2015年各級(jí)降水概率及對(duì)應(yīng)酸雨pH值。

圖3 永濟(jì)市各級(jí)降水概率及對(duì)應(yīng)的pH值

圖3數(shù)據(jù)分析，小雨、中雨時(shí)平均pH值為6.13、5.86，為非酸性降水；大雨時(shí)pH值為5.46，暴雨情況下酸雨的pH值為4.58。隨著雨強(qiáng)的增大，降水的pH值明顯偏低，酸性相對(duì)增加。

隨著雨強(qiáng)的增大，降水的pH值明顯偏低，酸性相對(duì)增加。

降水過程主要有云內(nèi)雨除和云下沖刷兩個(gè)過程，雨除即在云內(nèi)，云滴相互碰并或與氣溶膠粒子碰并，同時(shí)吸收大氣氣體污染物，在云內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；沖刷即在雨滴下落過程中，雨滴沖刷著所經(jīng)過空氣的氣體和氣溶膠，雨滴內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，地面收集到的雨水的pH和化學(xué)組成取決于采樣點(diǎn)一定距離內(nèi)的各種物理和化學(xué)過程的總和，這些過程就是降水對(duì)大氣氣態(tài)物質(zhì)和顆粒物質(zhì)的清除過程[3]，酸化就是在清除過程中形成的；隨著降水級(jí)別的增大，酸雨的概率也在增強(qiáng)，出現(xiàn)小雨和中雨時(shí)酸雨P(guān)H值分別是6.13和5.86，出現(xiàn)大雨和暴雨時(shí)，酸雨的概率幾乎達(dá)到100%，pH值分別達(dá)到5.46和4.58。分析結(jié)果表明，降水級(jí)別和降水酸度成正相關(guān)，降水最越大，酸雨pH值越低，酸度越大。對(duì)大氣中顆粒物和酸性物質(zhì)的沖刷對(duì)雨水酸度的貢獻(xiàn)越大，從而能夠起到潔凈空氣的作用[3]。

2.2 酸雨與大氣污染物的關(guān)系

大氣顆粒物是大氣環(huán)境中最重要、最普遍存在的空氣污染物，本地排放的酸性氣體如SO2和NOx是造成酸雨污染的重要原因[4]，而SO42-主要來源于燃煤排放的顆粒物和大氣SO2轉(zhuǎn)化，永濟(jì)污染源主要來自于老電廠、蒲光發(fā)電廠、印染廠、還有化工廠。另外還有巖石風(fēng)化、土壤中有機(jī)物、動(dòng)植物和廢棄物的分解等；隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，城市私家車將持續(xù)增多，其排放的NOx使酸雨中NO3-濃度逐步增大[4]，并將導(dǎo)致酸雨污染類型發(fā)生轉(zhuǎn)變，由原來的硫酸型逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩?、硝酸混合型?/p>

北方土壤多堿性，永濟(jì)市紡織廠、化肥廠附近農(nóng)田為非污染；電機(jī)廠、印染廠、五七五廠附近的城西辦莊子、小張、城北辦趙伊、城東辦吳村的部分農(nóng)田為輕度污染；延涑水河流域的開張鎮(zhèn)城子鋝、民生、普樂頭等地的農(nóng)田為中度污染。化工廠附近的于鄉(xiāng)鎮(zhèn)百戶村的部分農(nóng)田為重度污染[5],降水中的NH4+，主要來自于農(nóng)田中氮肥的大量使用和農(nóng)田中的氮的揮發(fā)損失，空氣中的顆粒物一半左右來自土壤，堿性土壤的氨揮發(fā)量大于酸性土壤[6]，而帶入大氣中的堿性顆粒物對(duì)酸性污染物具有很強(qiáng)的中和作用,使實(shí)際測(cè)到的酸雨pH值偏高。

3 結(jié)論

利用2013-2015年永濟(jì)市酸雨觀測(cè)站的觀測(cè)資料，分析了永濟(jì)市酸雨變化特征，結(jié)合地面氣象觀測(cè)資料研究了氣象條件特別是降水強(qiáng)度對(duì)酸雨的影響，探尋當(dāng)?shù)匚廴驹磳?duì)大氣排放的污染物影響到當(dāng)?shù)亟邓岫?，結(jié)論如下：

2014年永濟(jì)市酸雨率較高，2015年酸雨率驟然下降，和當(dāng)?shù)卣扇〉囊幌盗蟹牢廴敬胧┯嘘P(guān)。2015年當(dāng)?shù)卣當(dāng)U大了城市集中供暖面積，減少了城市中燃燒排放同時(shí)取締了不符合要求的煙囪，減少了污染源，使空氣質(zhì)量得到改善。通過分析降水量和降水酸度成正相關(guān)，降水強(qiáng)度越大，酸雨率越高，充分體現(xiàn)云內(nèi)雨除和云下沖刷對(duì)雨水酸度的貢獻(xiàn)率很大，大氣中顆粒物得到減弱，從而起到潔凈空氣的作用。大氣顆粒物是我國最重要、最普遍存在的空氣污染物，對(duì)降水中的酸性物質(zhì)產(chǎn)生中和作用，進(jìn)而影響降水的酸度。

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

[2]唐孝炎.大氣環(huán)境化學(xué)[M].高等教育出版社,1990.

[3]韓燕,徐虹,畢曉輝,等.降水對(duì)顆粒物的沖刷作用及其對(duì)雨水化學(xué)的影響[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,33(2):193-200.

[4]張新民,柴發(fā)合,王淑蘭,等.中國酸雨研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境科學(xué)研究,2010,23(5):527-532.

[5]李華,畢如田,喬顯亮.基于GIS技術(shù)的耕地土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)研究--以山西省永濟(jì)市為例[J].土壤,2007,39(4):646-651.

[6]馮硯青.中國酸雨?duì)顩r和自然成因綜述及防治對(duì)策探究[J].云南地理環(huán)境研究,2004,16 (1):25-28.

P4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-429-2

李霞（1979～），女，本科，工程師，研究方向?yàn)榭h級(jí)綜合氣象業(yè)務(wù)管理。