柳州市酸雨現(xiàn)狀及其與氣象條件關(guān)系的分析

程倩倩，唐國敏，安佳君，劉永裕

（柳州市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，廣西 柳州 545003）

1 引言

酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪、雹等大氣降水，分為三個(gè)等級(jí)：強(qiáng)（重）酸雨：pH 值＜4.5；弱（輕）酸雨：4.5≤pH 值＜5.6；非酸雨：pH 值≥5.6。 降水酸度的變化除了受當(dāng)?shù)卮髿馕廴疚锘瘜W(xué)性質(zhì)和源場變化的影響外，氣象條件的變化對(duì)降水酸度的影響也是相當(dāng)明顯的［1］。中國已成為繼歐洲和北美之后的第三大酸雨區(qū)［2－3］，廣西地處華南酸雨區(qū)，是酸雨災(zāi)害較為嚴(yán)重的省份，據(jù)湯潔［4］等研究表明，廣西屬于重酸雨區(qū)?！熬盼濉逼陂g，國家把廣西11個(gè)地市、33個(gè)縣（市）列入酸雨控制區(qū)，頻繁的酸雨災(zāi)害也成為制約廣西可持續(xù)發(fā)展的重要因素。柳州作為廣西最重要的工業(yè)城市，開展酸雨綜合防治是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需要［5］。

本文利用2008～2016年柳州市氣象局酸雨監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測的降水pH值資料，結(jié)合對(duì)應(yīng)觀測的降水量、風(fēng)向，來探討和分析柳州市酸雨年際變化特征及氣象條件與降水酸度、酸雨出現(xiàn)率之間的關(guān)系［6－9］，旨在為今后開展柳州市酸雨控制和治理研究工作提供客觀依據(jù)。

2 資料與方法

本文所用的酸雨資料為柳州酸雨觀測站2008～2016年的日降水pH值和酸雨頻率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，柳州酸雨觀測站的pH計(jì)是雷磁PHS－3B型精密pH測定儀。年、季、和月平均pH值計(jì)算式采用氫離子濃度雨量加權(quán)法計(jì)算，年、季、月平均酸雨發(fā)生頻率采用發(fā)生酸性降水的天數(shù)占酸雨觀測總天數(shù)的百分比計(jì)算［10－11］，月酸雨資料統(tǒng)計(jì)分析采用中國氣象局大氣成分中心推廣的酸雨觀測通訊處理ARDataCPS軟件。

降水pH值的平均值計(jì)算公式如下：

式（1）中R為酸雨監(jiān)測期間的降水量，單位為mm。

3 柳州酸雨現(xiàn)狀

3.1 柳州市酸雨年變化

表1為2008～2016年柳州市降水pH年平均值及其酸雨出現(xiàn)率情況一覽表。由表1可見，2008～2016年9a柳州市的降水pH年平均值為4.70，降水呈酸性，其中2009年降水pH年平均值最低只有4.17，為強(qiáng)酸年，2016年的降水pH年平均值雖然是9a中最高的年份，但也有5.24。9a柳州市的酸雨出現(xiàn)率介于49.2%～87%之間，年平均發(fā)生頻率為68.4%，酸雨出現(xiàn)率比較高。雖然柳州市前幾年酸雨程度比較嚴(yán)重，但是近年來有減弱趨勢。其年降水酸性和酸雨年平均發(fā)生頻率自2008年到2016年以來呈緩慢減弱趨勢。

表1 2008～2016年柳州市酸雨出現(xiàn)率及pH年平均值情況一覽表Table1 The rate of acid rain and pH annual mean value in Liuzhou from 2008 to 2016

由圖1中可以看出，柳州市的降水pH值基本呈逐年增大趨勢，降水酸度有所減弱，2016年最弱，由圖1還可以見，強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率與弱酸雨發(fā)生頻率成正相關(guān)，弱酸雨的發(fā)生頻率大概是強(qiáng)酸雨的一倍，2008年以后酸雨發(fā)生頻率有所減弱，但在2011年又增長達(dá)到9a內(nèi)發(fā)生頻率最大值，2011年以后弱酸雨和強(qiáng)酸雨發(fā)生頻率都緩慢減弱，2016年達(dá)到酸雨發(fā)生頻率最小值。

圖1 2008～2016年平均PH值及酸酸雨出現(xiàn)頻率

3.2 柳州市酸雨的季節(jié)變化

柳州市四季的劃分為：春季為3～6月、夏季為7～9 月、秋季為 10～11 月、冬季為 12～2 月。

圖2為2008～2016年間不同季節(jié)降水pH值及酸雨出現(xiàn)頻率變化圖，由圖可見，季節(jié)降水pH值與酸雨出現(xiàn)率成反比，pH值越大，酸雨發(fā)生頻率越低，其中，冬季和春季pH值最低，分別為 4.35和4.46，表示冬、春兩季酸雨最為嚴(yán)重，這兩個(gè)季節(jié)酸雨發(fā)生頻率也是最高的，冬季酸雨出現(xiàn)率最高，為85.9%，春季次之，發(fā)生頻率為 74.5%，秋季 pH 值為 4.74，酸雨發(fā)生頻率也較春、冬兩季略低，夏季降水pH值最大，酸性最弱，為5.29，相應(yīng)的酸雨發(fā)生頻率也最低，為43.9%。在季節(jié)上，空氣污染主要受氣象條件影響。如春、冬季多為陰雨天氣，空氣濕度大、靜風(fēng)多，不利于空氣中各種污染物的擴(kuò)散、稀釋，導(dǎo)致局部區(qū)域空氣污染較重。夏、秋兩季雨水多，風(fēng)速較大，有利于各種污染物擴(kuò)散，減輕了酸雨的發(fā)生。

圖2 不同季節(jié)降水PH值及酸雨出現(xiàn)率

3.3 柳州市酸雨的月變化

圖3為2008～2016年間不同月份降水pH值，由圖可知，柳州市酸雨最為嚴(yán)重的發(fā)生在3月份，其平均pH值為3.91，其次為2月、1月；酸雨最輕是7月，為5.47，根據(jù)圖2也可看出夏、秋兩季柳州酸雨較冬、春兩季輕。2008～2016年間酸雨最低值發(fā)生在2009年 1月，為 3.41，最高發(fā)生在 2013年 6月，為7.35。月變化的變化趨勢結(jié)果與季變化相一致。

圖3 2008～2016年柳州酸雨月平均pH值

4 柳州市氣象條件與酸雨關(guān)系分析

4.1 降水量與酸雨的關(guān)系

本文按照降水量大小將每次酸雨監(jiān)測期間所取得的降水量分5個(gè)等級(jí) （毛毛雨：0.1≤R＜2，小雨：2≤R＜10，中雨：10≤R＜25，大雨：25≤R＜50，暴雨：R≥50，R的單位為mm）進(jìn)行劃分，并對(duì)柳州市不同降水等級(jí)下pH平均值（以下均以pH值表示）、酸雨出現(xiàn)率的變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。由表2可見：柳州市5個(gè)降水等級(jí)下的降水酸度、酸雨出現(xiàn)率有所差異，每個(gè)降水等級(jí)里pH值均低于5.6，隨著降水等級(jí)的加大，pH值呈“U”型變化，其中大雨的pH值最小，為4.76。酸雨出現(xiàn)率隨降水量增大逐漸增多，降水達(dá)到大雨以上時(shí)酸雨出現(xiàn)率維持在90%以上，說明降水量越大，酸雨出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越多。

表2 不同降水等級(jí)下降水酸度、酸雨出現(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2 風(fēng)向?qū)λ嵊甑挠绊?/h3>

形成酸雨的主要因素是人類活動(dòng)排放的二氧化硫和氮氧化物等酸性氣體。一般情況下，當(dāng)大氣污染源保持相對(duì)恒定的情況下，風(fēng)向?qū)Υ髿馕廴驹吹臄U(kuò)散有著明顯的影響，柳州市為小盆地地形，位于本站最近處有兩個(gè)較大的污染源排放點(diǎn)：柳州化肥廠和柳州鋼鐵廠，這兩個(gè)點(diǎn)都在本站NW方位，分別距離酸雨觀測點(diǎn)3km和4km，化肥廠和鋼鐵廠排放的污染物類型主要為二氧化硫和工業(yè)粉塵、煙塵，由于柳州常年盛行風(fēng)向?yàn)镹，本站處于兩個(gè)污染源下風(fēng)向，故而這兩處對(duì)柳州酸雨影響很大。據(jù)分析顯示柳州春季盛行風(fēng)向?yàn)镹和NE，夏季盛行S和SSE，秋季盛行N和NNE，冬季盛行風(fēng)向?yàn)镹，而春、冬兩季靜風(fēng)多，影響了空氣中各種污染物的擴(kuò)散、稀釋，導(dǎo)致春、冬兩季酸雨較為嚴(yán)重，而夏、秋兩季風(fēng)速較大，且夏季盛行風(fēng)向?yàn)镾，觀測點(diǎn)位于污染源的上風(fēng)向，利于污染源的擴(kuò)散，因而夏秋季酸雨較春、冬兩季輕。

5 結(jié)論

（1）2008～2016年柳州站9a的酸雨觀測資料顯示，柳州市降水pH年平均值為4.70。酸雨出現(xiàn)率介于49.2%～87%之間，年平均發(fā)生頻率為68.4%，柳州市年降水酸性和酸雨年平均發(fā)生頻率自2008年到2016年以來呈緩慢減弱趨勢，這說明，柳州市大氣降水酸度的減弱可能是與近年來采取的主要針對(duì)顆粒物相關(guān)環(huán)境治理措施的一種正面響應(yīng)。

（2）柳州市降水酸性的季節(jié)變化較明顯，春、冬季節(jié)發(fā)生酸雨的頻率明顯高于夏、秋季節(jié)；酸雨春、冬季較夏、秋要強(qiáng)；分析可知，春、冬兩季為柳州市強(qiáng)酸雨的高發(fā)季，降水酸性在冬季最強(qiáng)，夏季最弱。柳州市酸雨最為嚴(yán)重的發(fā)生在3月份，其平均pH值為 3.91，其次為 2 月、1 月。

（3）2008～2016年柳州市酸雨pH值的變化范圍為 3.41～7.35，不同等級(jí)的降水對(duì)降水酸度有著明顯的影響，大雨等級(jí)的pH值最小，降水酸度最高，酸雨出現(xiàn)率隨著降水等級(jí)提高而增大。大雨和暴雨等級(jí)降水時(shí)最容易出現(xiàn)酸性降水。

（4）從地形上看，柳州處于小盆地地形，大氣結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，不利于大氣污染物的擴(kuò)散，容易形成酸雨污染，所以柳州降水酸化的程度較嚴(yán)重。再加上測點(diǎn)附近有兩處較大的二氧化硫等污染源排放點(diǎn)，柳州盛行風(fēng)向?yàn)镹，不利于空氣中污染物的擴(kuò)散，加重了柳州酸雨的形成。

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