2015年威海市酸雨變化特征及其影響因子的關(guān)系

宋華麗++方嬌慧++潘鳳妮

摘要：為了解山東省威海市酸雨污染狀況，進(jìn)而為酸雨的控制提供參考依據(jù)，選取2015年威海市酸雨觀測資料、氣象因素?cái)?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了威海市降水pH的季節(jié)變化和月變化，探討了酸雨的變化特征，并對酸雨的成因做了初步分析。結(jié)果表明，2015年威海市酸雨強(qiáng)度和頻率有明顯的季節(jié)變化和月變化，降水pH隨冬、秋、春、夏逐漸升高，而酸雨出現(xiàn)頻率則按冬、秋、春、夏逐漸降低；相比于威海市周邊地區(qū)，威海市酸雨污染相對較低，但值得引起注意；酸雨的出現(xiàn)與威海市當(dāng)?shù)貧夂?、污染源和自然條件等因素有密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：酸雨；變化特征；pH；氣象因子；威海市

中圖分類號(hào)：X517 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）09-1648-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.09.012

Variable Characteristics of Acid Rain and Its Influence Factors in Weihai City in 2015

SONG Hua-li1，F(xiàn)ANG Jiao-hui2，PAN Feng-ni3

（1.Wendeng District Meteorological Bureau， Weihai 264400， Shandong， China； 2.Shandong University Environment Research Intitution，

Jinan 250100， China；3.Weihai Meteorological Bureau， Weihai 264200， Shandong， China）

Abstract： In order to figure out the condition of acid rain in Weihai city， and provide some useful advice for the acid rain control， based on the observation data of acid rain and the related meteorological data in 2015 in Weihai， the seasonal and monthly variations of precipitation pH were analyzed， the characteristics of acid rain were primarily analyzed and its forming reasons were discussed. The results showed that there was obviously change in intensity and frequency of acid rain in Weihai in 2015. The rainfall pH valves was highest in summer， followed in spring， autumn and winter， while the acid rain frequency was the highest in winter， followed in autumn， spring and summer. Compared with the surrounding area of Weihai， the acid rain pollution was relatively low， but it was worth to pay attention to the acid rain pollution. Acid rain weather was related to the local climate， pollution sources and natural source and so on.

Key words： acid rain； variable characteristics； pH； meteorological elements； Weihai city

酸雨指的是pH小于5.6的雨水、凍雨、雪、雹、露等大氣降水[1]。通常認(rèn)為，產(chǎn)生酸雨的主要原因在于人類活動(dòng)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)在空氣中經(jīng)過一系列反應(yīng)生成了硫酸和硝酸[2]。酸雨對環(huán)境有著很大的危害和影響。酸雨可損害樹木的根、葉、莖，導(dǎo)致森林生長量下降，造成木材的經(jīng)濟(jì)損失；危害農(nóng)作物的生長，造成農(nóng)作物的減產(chǎn)[3]；改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，活化土壤中的有毒有害物質(zhì)，減少土壤中細(xì)菌數(shù)量，導(dǎo)致植物營養(yǎng)不良；酸雨落入水中又可導(dǎo)致湖泊酸化，導(dǎo)致魚類死亡[4]；同時(shí)酸雨也能夠與金屬、石材、混凝土等建筑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，危害建筑物、藝術(shù)品和雕像等[5]。由于酸雨的形成受自然和人為因素共同作用，其成因復(fù)雜，氣象條件是產(chǎn)生酸雨的一個(gè)重要因素，故研究氣象條件對于清晰的認(rèn)識(shí)氣象因素對酸雨的形成具有重要意義。

目前，針對酸雨的空間分布、影響因子、化學(xué)構(gòu)成、大氣污染和氣象條件等方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的分析研究[6-9]，但針對于某一地區(qū)酸雨，同時(shí)分析整年的酸雨分布特征、氣象和氣團(tuán)因素對酸雨形成的影響等進(jìn)行分析研究的較少。同時(shí)，作為沿海城市的威海市，位于山東半島東部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，大氣環(huán)流季節(jié)變化明顯，相較于內(nèi)地的大陸性氣候有著較好的氣象擴(kuò)散條件，市區(qū)空氣質(zhì)量狀況相對較好，但仍然存在酸雨頻發(fā)的狀況。因此，有必要對威海市酸雨觀測資料進(jìn)行分析研究，獲得2015年威海市酸雨變化特征，并從氣象和氣團(tuán)因素等方面分析其對酸雨形成的影響，以期為威海市酸雨控制提出意見和建議，減少酸雨對環(huán)境的危害，為酸雨的控制提供參考依據(jù)。

2.2 酸雨逐月變化

2015年威海市酸雨逐月變化中，降水pH月均值在2015年會(huì)有兩個(gè)高峰和兩個(gè)低谷（除3月沒有降水外），高峰值分別出現(xiàn)在2月（pH 6.16）和7月（pH 6.39），pH月均低谷值則出現(xiàn)在1月（pH 4.22）和5月（pH 4.92）（圖2）。2015年酸雨發(fā)生頻率也表現(xiàn)出與降水pH變化類似的趨勢，1月（100%）和9月（75%）分別達(dá)到酸雨頻率的高峰值，而在2月（33%）和7月（0%）分別達(dá)到酸雨頻率的波谷值。造成2015年威海市酸雨逐月變化具有兩個(gè)波峰和兩個(gè)波谷的主要原因除秋、冬季和春、夏季污染源的排放差異、降水強(qiáng)度以及大氣層穩(wěn)定度外，還由于5月威海市降水較少，而溫度和相對濕度較高，光化學(xué)氧化作用較強(qiáng)，加快了酸雨前體物向酸雨的轉(zhuǎn)化[12]，導(dǎo)致5月降水pH較低，且酸雨多發(fā)的現(xiàn)象。

2.3 電導(dǎo)率逐月變化

2015年威海市酸雨電導(dǎo)率的月變化曲線與降水pH變化曲線同樣呈現(xiàn)出明顯的雙峰分布（圖3），雙峰值分別出現(xiàn)在6月和12月（最高值在12月，K為169.97 μS/cm），雙谷值出現(xiàn)在5月和7月（最低值在7月，K為18.58 μS/cm）。與降水pH的變化比較分析可知，降水電導(dǎo)率的變化雖然與pH變化基本一致，但其波動(dòng)幅度較降水pH波動(dòng)幅度大，表現(xiàn)出較高的不穩(wěn)定性。因?yàn)樗嵊曛须娊赓|(zhì)和離子含量大部來源于工業(yè)的排放，結(jié)合酸雨電導(dǎo)率月變化曲線分析，表明2015年威海市酸雨的發(fā)生除受氣象因素的影響外，還受相關(guān)污染源的排放影響。

2.4 2015年威海市與其他地區(qū)酸雨對比

由于以往的研究中缺少對威海市酸雨數(shù)據(jù)的記錄，故選擇威海市周邊城市作對照，以期評價(jià)威海市酸雨污染狀況。威海市逐月降水pH與2003-2007年日照市[5]、2006-2009年大連市逐月降水pH均存在低于5.6的現(xiàn)象[13]，而1998-1999年撫順市降水pH則全部大于5.6[14]；威海市降水年均pH高于大連市，但低于撫順市和日照市（圖4）。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因在于威海市與日照市、大連市具有較近的地里位置，污染條件和氣象因素上表現(xiàn)為相近性，故3個(gè)地區(qū)不同時(shí)間內(nèi)降水pH均存在pH低于5.6的現(xiàn)象；而與撫順市位置較遠(yuǎn)，且與撫順市在氣象因素上存在差異性，由此造成與撫順市降水pH差異較大，撫順市pH各月均大于5.6。以上分析表明，威海市雖然酸雨污染程度相對較低，但仍存在酸雨污染，需采取有效措施減少酸雨前體物的排放，減少酸雨的發(fā)生。

2.5 酸雨頻率與雨量的關(guān)系

將2015年威海市酸雨降水量劃分為小雨（0.1～9.9 mm）、中雨（10.0～24.9 mm）、大雨（25.0～49.9 mm）、暴雨（50.0～99.9 mm）和大暴雨（100.0～250.0 mm）。2015年威海市酸雨發(fā)生時(shí)，雨量主要集中在小雨和中雨，并且降水pH隨著雨量的增加逐漸降低（表1）。酸雨的出現(xiàn)頻率隨著雨量的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，降雨量為小雨時(shí)酸雨發(fā)生頻率為54.3%，當(dāng)雨量增加到中雨時(shí)酸雨發(fā)生頻率為58.3%，當(dāng)雨量增加到大雨時(shí)酸雨發(fā)生頻率為50.0%。這是由于當(dāng)降水量開始增大時(shí)，加強(qiáng)了對空氣中污染物的沖刷，促進(jìn)了酸性物質(zhì)溶解，pH下降，因而酸雨頻率升高。但隨著降水的持續(xù)沖刷凈化作用，當(dāng)雨量達(dá)到暴雨、大暴雨量級時(shí)，酸雨頻率反而下降。

2.6 酸雨頻率與風(fēng)速的關(guān)系

2015年威海市酸雨頻率與風(fēng)速變化表現(xiàn)出一定相關(guān)性，即在風(fēng)力等級為0～4時(shí)，隨著風(fēng)力等級的增加，酸雨出現(xiàn)次數(shù)先上升然后下降（表2）。在風(fēng)力等級達(dá)到2級時(shí)，酸雨出現(xiàn)的頻率最大，風(fēng)力等級在3級時(shí)次之，風(fēng)力等級在1級時(shí)第三，風(fēng)力等級在4級時(shí)第四，靜風(fēng)時(shí)第五，風(fēng)力等級在5～7級時(shí)未出現(xiàn)酸雨。以上變化說明了風(fēng)對污染物水平輸送的同時(shí)起到了稀釋和沖淡作用[1]。

2.7 酸雨頻率與風(fēng)向的關(guān)系

2015年威海市酸雨觀測時(shí)，在12個(gè)風(fēng)向上均出現(xiàn)過酸雨，其中NNE方向上酸雨出現(xiàn)的頻率最大（17.9%），ENE和NW方向上酸雨出現(xiàn)頻率次之（14.3%）（圖5）。酸雨的出現(xiàn)與污染源的排布相關(guān)，分析酸雨出現(xiàn)頻率與風(fēng)向的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，酸雨出現(xiàn)時(shí)的主要風(fēng)向集中在偏北風(fēng)，說明威海市酸雨污染源主要來自偏北方向。

3 結(jié)論

受污染條件和氣象因素等影響，2015年威海市降水pH呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，冬季降水pH最底，秋季次之，春季第三，夏季pH最高；降水pH和酸雨電導(dǎo)率月變化趨勢則出現(xiàn)兩個(gè)高峰和兩個(gè)低谷。

分析發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)慕邓梢源龠M(jìn)酸性物質(zhì)的溶解，使酸雨pH下降；偏北風(fēng)、適宜的風(fēng)速容易導(dǎo)致酸雨的發(fā)生。相較于其他城市，威海市酸雨污染程度雖然相對較低，但仍存在酸雨污染，需要采取進(jìn)一步控制措施，降低酸雨發(fā)生的頻率。

由于威海市酸雨觀測數(shù)據(jù)量有限，未能將威海市酸雨變化狀況做進(jìn)一步的分析；且未能獲得其他污染數(shù)據(jù)，未能分析其他污染要素和長距離傳輸可能帶來的影響，導(dǎo)致對酸雨的產(chǎn)生缺少足夠的認(rèn)識(shí)。需要在今后的工作中，加強(qiáng)這方面的分析研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳 兌，鄧雪嬌.環(huán)境氣象學(xué)與特種氣象預(yù)報(bào)[M].北京：氣象出版社，2001.103-106.

[2] 唐孝嚴(yán)，張遠(yuǎn)航，邵 敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].第二版.北京：北京高等教育出版社，2012.365.

[3] 吳 剛，章景陽，王 星.酸沉降對重慶南岸馬尾松針葉林年生物生產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟(jì)損失的估算[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1994， 14（4）：461-465.

[4] IKUTA K，SUZUKI Y，KITAMURA S. Effects of low pH on the reproductive behavior of salmonid fishes[J].Fish Physiology and Biochemistry，2003，28：407-410.

[5] 呂相娟，趙玉潔，萬克利，等.日照市酸雨氣候特征及影響因子研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（8）：239-243.

[6] 花日茂，李湘瓊.我國酸雨的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1998，25（2）：206-210.

[7] 孫翠梅，孔啟亮，郭 煜，等.鎮(zhèn)江市酸雨特征及影響因素分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，32（4）：83-90.

[8] 陳彬彬，王 宏，鄭秋萍，等.福建省區(qū)域酸雨特征及成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，32（4）：70-76.

[9] 于文革，梁鐵軍，孫 瑩，等.丹東市區(qū)酸雨特征及其影響因素分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，32（4）：77-82.

[10] 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.

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

[12] 王文興，岳燕珍.影響我國降水酸性因素的研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，1993，13（16）：401-407.

[13] 程相坤，蔡冬梅.大連地區(qū)酸雨特征及氣象條件影響分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（9）：4654-4656.

[14] 王 妍，曹炳志，金永民.撫順市區(qū)酸雨分布特征研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，23（5）：38-41.