1992—2012年浙江省酸雨變化特征及成因分析

牛彧文，浦靜姣，鄧芳萍，齊 冰

1.浙江省氣象科學(xué)研究所，浙江 杭州 310008 2.杭州市氣象局，浙江 杭州 310051

由于煤炭、石油等化石燃料的燃燒和使用，其向大氣中排放的SO2、NOx等酸性氣體進(jìn)入雨水會導(dǎo)致降水出現(xiàn)酸化。研究表明，酸雨對生態(tài)系統(tǒng)、建筑物、水體、農(nóng)作物等具有重要危害[1-5]。20世紀(jì)六七十年代，酸雨先后在歐洲和北美地區(qū)被發(fā)現(xiàn)[6-9]，改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭、石油等化石燃料的使用急劇增加，長江以南成為繼歐洲和北美地區(qū)之后的世界第三大酸雨區(qū)[10-15]；酸雨給中國南方地區(qū)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)帶來了嚴(yán)重危害，對經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展造成了不利影響[16]。浙江為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，是長江三角洲經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分，過去20多年，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動車數(shù)量急劇增加，其向大氣中排放了大量酸性物質(zhì)，酸雨污染已經(jīng)成為浙江地區(qū)重要的環(huán)境問題[17-20]。研究以杭州地區(qū)1992—2012年連續(xù)21 a的酸雨歷史觀測數(shù)據(jù)為代表，結(jié)合2007—2012年全省13個站點的酸雨觀測數(shù)據(jù)及部分降水化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)，揭示20世紀(jì)90年代以來浙江地區(qū)酸雨污染的時間變化特征、空間分布特征及其成因，為控制酸雨污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 實驗部分

降水pH數(shù)據(jù)來自浙江省氣象局所屬的13個降水觀測站點，其中杭州站點的降水pH觀測時間為1992—2012年，其余12個站點的降水pH觀測時間為2007—2012年。觀測站點分布如圖1所示。站點覆蓋了浙江全省，能夠很好地反映浙江地區(qū)酸雨的空間分布。降水樣品的采集和pH測定均由專職監(jiān)測人員按照中國氣象局發(fā)布的酸雨觀測規(guī)范進(jìn)行操作，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、可靠性。其中，1992—2005年的降水采集是按照中國氣象局發(fā)布的《酸雨觀測方法(試行二版)》[21]的方法獲得，采樣按照降水事件進(jìn)行，即每個降水事件采集1個降水樣品，為了與2006年之后的數(shù)據(jù)保持一致，當(dāng)1 d內(nèi)有多次降水事件時，采用雨量加權(quán)計算獲得日均pH。 2006年之后的樣品采集執(zhí)行中國氣象局發(fā)布的《酸雨觀測業(yè)務(wù)規(guī)范》[22]，按照該規(guī)范，1 d采集1個降水樣品(有多次降水事件時采集1個混合樣品)，測定的pH作為日均pH。

圖1 酸雨觀測站點分布Fig.1 Distribution map of rainwater monitoring stations

2 結(jié)果與討論

2.1 酸雨污染強(qiáng)度年變化特征

1992—2012年，杭州站點年均降水pH、酸雨(pH<5.6)發(fā)生頻率、強(qiáng)酸雨(pH<4.5)發(fā)生頻率變化見圖2。

圖2 1992—2012年杭州觀測站降水pH變化趨勢Fig.2 The annual mean pH value change of rainwater from 1992 to 2012 in Hangzhou

由圖2可以看出，1992—2012年間，杭州站點的酸雨污染大致經(jīng)歷了3個階段：第1個階段為1992—1999年，該階段為酸雨污染改善期，酸雨發(fā)生頻率、強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率和降水酸度均呈波動下降的趨勢；第2階段為2000—2004年，該階段為酸雨污染再次惡化期，酸雨發(fā)生頻率和降水酸度均出現(xiàn)了上升，強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率在2004年達(dá)到了66.2%，降水pH降至4.08；第3個階段為2005—2012年，該階段為酸雨污染再次改善期，降水pH出現(xiàn)波動上升，酸雨發(fā)生頻率波動下降，尤其是強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率下降幅度較大，自2007年起，年均降水pH超過了4.5，由強(qiáng)酸雨轉(zhuǎn)為弱酸雨。2007年起，除杭州站點外，浙江省氣象局又在全省11個地市設(shè)立了12個酸雨站點開展酸雨觀測，由13個站點通過雨量加權(quán)計算得到2007—2012年全省降水年均pH以及酸雨發(fā)生頻率、強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率，詳見圖3。

圖3 2007—2012年浙江全省降水年均pH變化趨勢Fig.3 The annual mean pH value change of rainwater from 2007 to 2012 in Zhejiang

由圖3可以看出，和杭州站點的變化趨勢基本一致，2007—2012年間，浙江全省的年均降水pH總體呈現(xiàn)出穩(wěn)定上升的趨勢，酸雨發(fā)生頻率、強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率總體處于下降趨勢，進(jìn)一步表明，2007年以來，浙江地區(qū)的酸雨總體上在逐漸減輕。

2.2 酸雨發(fā)生的季節(jié)分布特征

將1992—2012年杭州站點和2007—2012年浙江全省降水按照季節(jié)進(jìn)行雨量加權(quán)計算得到了平均pH，見圖4。

圖4 杭州站點和浙江全省季均降水pH變化Fig.4 Seasonal variation of rainwater pH value in Hangzhou and Zhejiang province

由圖4可以看出，浙江地區(qū)的降水存在明顯的季節(jié)變化，冬季降水平均pH最低，酸雨污染最為嚴(yán)重，夏季降水平均pH最大，酸雨污染最輕，春節(jié)和秋季的酸雨污染程度介于冬、夏之間。

圖5 為2007—2012年間浙江省降水pH在春季、夏季、秋季、冬季的空間分布狀況。

圖5 2007—2012年間浙江省降水季均pH空間分布示意圖Fig.5 Spatial distribution of rainwater acidity in spring, summer, autumn and winter during 2007 to 2012 period in Zhejiang

由圖5可以看出，浙江地區(qū)的酸雨發(fā)生范圍和污染程度同樣存在明顯的季節(jié)變化，冬季全省均被酸雨區(qū)覆蓋，尤其是浙北和東部沿海地區(qū)處于強(qiáng)酸雨區(qū)的影響之下；夏季，全省酸雨污染明顯減輕，在浙西南的部分地區(qū)出現(xiàn)了非酸雨區(qū)，全省只在浙北的臨安和東南沿海的溫州地區(qū)出現(xiàn)了小范圍的強(qiáng)酸雨分布區(qū)。春季和秋季酸雨污染程度的空間分布同樣介于冬季和夏季之間。浙江屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季盛行西北風(fēng)，而夏季盛行東南風(fēng)。浙江北部是中國內(nèi)陸腹地，在冬季，由于大氣擴(kuò)散條件變差及取暖導(dǎo)致的污染物排放增加，中國北方地區(qū)的大氣污染較重，在東北風(fēng)的作用下，自北方污染較重地區(qū)的SO2等酸性污染物的長距離輸送在一定程度上會加重浙江地區(qū)的酸雨污染。夏季影響浙江地區(qū)的氣團(tuán)主要為東南海洋氣團(tuán)，氣團(tuán)比較清潔，對浙江地區(qū)酸雨污染起到一定的緩解作用。因此，酸雨污染的上述季節(jié)變化特征與盛行風(fēng)向的季節(jié)變化存在密切關(guān)系，在控制酸雨污染時，應(yīng)該根據(jù)盛行風(fēng)向的季節(jié)變化特點和冬季酸雨受來自北方污染物的長距離輸送的影響特點，加強(qiáng)冬季本地污染物的排放控制。

2.3 浙江地區(qū)酸雨成分變化特征

表1 2008—2009年浙江臨安降水中濃度及比值Table 1 The ratio and concentration of S and N in rainwater from 2008 to 2009 in Lin′an

注：“—”表示2008年無36～38序號的樣品，2008年的樣品總數(shù)為35個；平均值為各組分的雨量加權(quán)平均值。下同。

2.4 酸雨發(fā)生范圍及強(qiáng)度的空間分布特征

為揭示浙江地區(qū)酸雨發(fā)生范圍、強(qiáng)度以及發(fā)生頻率的空間分布及變化，圖6～圖7分別列出了2007、2012年浙江降水pH空間分布和降水酸化頻率的空間分布狀況。

圖6 2007、2012年浙江全省酸雨空間分布對比Fig.6 Spatial distribution of rainwater acidity in 2007 and 2012 in Zhejiang

圖7 2007、2012年浙江地區(qū)酸雨發(fā)生頻率空間分布對比Fig.7 Spatial distribution of annual average proportion of acid rain in 2007 and 2012 in Zhejiang

由圖6及圖7可以看出，2007年浙北及東部沿海大部分地區(qū)均處于強(qiáng)酸雨區(qū)，而到2012年強(qiáng)酸雨發(fā)生范圍較2007年有明顯減小，主要為弱酸雨區(qū)，強(qiáng)酸雨區(qū)只呈零星狀分布，主要出現(xiàn)在浙北的嘉興地區(qū)、浙西北的臨安地區(qū)、中部的金華盆地以及東部的舟山沿海地區(qū)，浙西南地區(qū)的酸雨污染程度也較2007年有所減輕，年均pH在5.0以上。全省酸雨發(fā)生頻率的空間分布與降水pH的空間分布基本相似，在2007年，浙北以及東部沿海大部分地區(qū)的酸雨發(fā)生頻率都很高，年酸雨發(fā)生頻率在80%以上，而到2012年，浙北及東部沿海地區(qū)酸雨發(fā)生頻率在80%以上的范圍明顯減小，大部分地區(qū)的酸雨頻率為60%～80%，位于浙西南的衢州、麗水地區(qū)的酸雨發(fā)生頻率降到了50%以下?？傮w來看，2007、2012年浙江全省一直處于酸雨分布區(qū)，其中浙北、浙中和東部沿海是酸雨污染較重的區(qū)域，西南地區(qū)是酸雨污染相對較輕的區(qū)域。浙北、浙中及東部沿海是浙江省經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的區(qū)域，工業(yè)化、城市化水平較高，而位于浙西南的衢州和麗水是浙江省內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較差的地區(qū)。酸雨發(fā)生強(qiáng)度和酸雨發(fā)生頻率的上述空間分布特征表明酸雨污染與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，局地污染排放對酸雨形成具有重要貢獻(xiàn)，控制本地污染對于防治和減輕當(dāng)?shù)厮嵊晡廴揪哂兄匾饬x。

2.5 酸雨成因分析

因煤炭使用產(chǎn)生的SO2是導(dǎo)致酸雨發(fā)生的重要原因，近年來，隨著全國“一控雙達(dá)標(biāo)”和“總量控制”等SO2減排措施的實施，浙江地區(qū)的SO2排放量在明顯減少，特別是2007年以后減少趨勢更加明顯(圖8)，這是近年來浙江地區(qū)酸雨污染逐漸減輕的主要原因。大氣中的NOx是造成酸雨污染的另一重要來源，浙江省作為國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，工業(yè)化、城市化整體水平較高，人口密集，近年來機(jī)動車保有量的快速增加導(dǎo)致大氣中NOx明顯增多，2010—2011年，浙江省NOx的排放量分別達(dá)到

表2 2009年浙江臨安地區(qū)降水中和對降水總自由酸度的貢獻(xiàn)Table 2 Proportion of S and N in total free acidity in rainwater sampled in Lin′an in 2009 %

3 結(jié)論

1)1992—2012年，浙江地區(qū)的酸雨污染大致經(jīng)歷了3個階段：1992—1999年為酸雨改善期；2000—2004年，酸雨污染再次出現(xiàn)惡化；2005—2012年為酸雨再次改善期，特別是2007年之后，全省酸雨污染總體在減輕。

2)SO2排放減少是近年來浙江地區(qū)酸雨污染出現(xiàn)好轉(zhuǎn)的重要原因，但NOx對酸雨的貢獻(xiàn)有增加的趨勢，浙江地區(qū)酸雨污染類型由過去的“硫酸型”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲蛩嵯跛峄旌闲汀?，機(jī)動車排放對浙江地區(qū)酸雨污染的貢獻(xiàn)已不容忽視，在繼續(xù)減少SO2排放的同時，應(yīng)加強(qiáng)NOx的排放控制。

3)全省酸雨污染較重的區(qū)域主要分布在浙北、浙中和東部沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)相對落后的浙西南地區(qū)酸雨污染較輕，酸雨污染與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，控制本地污染排放對于防治和減輕當(dāng)?shù)厮嵊晡廴揪哂兄匾饬x。

4)浙江地區(qū)的酸雨發(fā)生范圍和污染程度都存在明顯的季節(jié)變化，冬季是全省酸雨污染較為嚴(yán)重的季節(jié)，全省均被酸雨區(qū)覆蓋；夏季，全省酸雨污染明顯減輕，在浙西以及浙北的部分地區(qū)出現(xiàn)了非酸雨區(qū)，根據(jù)酸雨污染的季節(jié)變化特點，加強(qiáng)冬季酸性污染物的排放控制尤為重要。

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