濟(jì)南酸雨變化特征分析

蒲章緒 崔云鵬

摘 要：利用濟(jì)南龜山國(guó)家基本氣象站2009—2018年的10a年酸雨氣象觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析闡述了近10a酸雨的年、月變化特征、pH和頻率的關(guān)系。前5a的pH偏低，后5a的pH逐漸上升，說(shuō)明出現(xiàn)酸雨的降水天氣逐漸降低。pH月平均最大值出現(xiàn)在6月，最小值出現(xiàn)在2月。pH與頻率在年變化和月變化中均呈明顯的負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：酸雨；pH值；頻率

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515058

引言

酸雨是指pH<5.60的大氣降水（降水包括液態(tài)降水、固態(tài)降水和混合降水）。在降水過(guò)程中溶解了空氣中的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等，從而形成了pH<5.60的酸性降水。酸雨對(duì)土壤、建筑物和人體健康等危害程度較大，如：土壤的長(zhǎng)期酸化會(huì)造成植物中毒，甚至死亡；酸雨可以導(dǎo)致建筑材料強(qiáng)度降低損壞建筑物；酸雨可使人體免疫力下降，極易造成呼吸道、眼部等疾病發(fā)生。十多年來(lái)由于二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物的排放量日漸增多，問(wèn)題較為突出。利用濟(jì)南（龜山）國(guó)家基本氣象觀測(cè)站2009—2018年酸雨（pH值）觀測(cè)資料進(jìn)行了分析，以期找到并提供防治酸雨對(duì)大氣環(huán)境造成污染的科學(xué)依據(jù)。

濟(jì)南（龜山）國(guó)家基本氣象觀測(cè)站，位于濟(jì)南南郊十六里河萬(wàn)壽路東首龜山山頂，N36°36′、E117°00′，海拔高度107.3m。地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢(shì)南高北低。屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，日照充分四季分明，年平均氣溫13.6℃，1月份最低平均氣溫-1.9℃，7月份最高平均氣溫27.0℃，年平均降水量650～700mm。

1 資料和方法

本文所用資料為濟(jì)南（龜山）國(guó)家基本氣象站2009—2018年的酸雨觀測(cè)資料。

1.1 采樣

降水樣品的采集工作包括降水采樣桶的準(zhǔn)備、取用、安放、采樣、取回等步驟。

安放和取回采樣桶時(shí)，不得用手和其他物品接觸采樣桶的內(nèi)壁和降水樣品，以防污染降水樣品影響測(cè)量結(jié)果，為避免在安放、收取采樣桶時(shí)其它物品意外落入采樣桶內(nèi)，造成降水樣品污染，操作人員應(yīng)該在下風(fēng)方向打開(kāi)或蓋上采樣桶蓋。

每日北京時(shí)間08：00為酸雨觀測(cè)降水采樣的日界，當(dāng)日08：00一次日08：00為1個(gè)降水采樣日。在1個(gè)降水采樣日內(nèi)，無(wú)論降水是否有間隔及間隔長(zhǎng)短，降水量達(dá)到1.0mm時(shí)，必須采集1個(gè)日降水樣品；降水量不足1.0mm時(shí)，棄樣不測(cè)。1個(gè)降水采樣日的1次連續(xù)降水過(guò)程，只采樣1次；若1個(gè)降水采樣日內(nèi)有數(shù)次降水過(guò)程，則進(jìn)行多次采樣，并將其合并為1個(gè)降水樣品。

1.2 pH、頻率

酸雨是指pH<5.6的大氣降水?？諝庵兄饕怯?1%氧氣、78%氮?dú)狻?.037%二氧化碳、水汽和其它惰性氣體組成。在大氣中，二氧化碳易溶解于水，形成碳酸。

CO2+H2O=H2C03M（碳酸）碳酸是弱酸，在水中分2步發(fā)生電離：

H2CO3=H++HCO-3 HCO- 3=H++CO23-

根據(jù)二氧化碳在大氣中的濃度和常溫下在水中的溶解度，可以計(jì)算出潔凈降水中氫離子的濃度，并由此得出其pH 5.6。在未受人類活動(dòng)影響得偏遠(yuǎn)地區(qū)，自然降水的pH一般多在5.00～5.20左右，因?yàn)槌硕趸家酝猓匀淮髿庵羞€存在一些其它酸性物質(zhì)，可使降水進(jìn)一步酸化，故以pH<5.6作為酸雨的標(biāo)準(zhǔn)。

pH<5.6的出現(xiàn)頻率，取降水pH<5.6（不含5.6）的次數(shù)，按照下列公式計(jì)算pH的出現(xiàn)頻率，即：

F[<5.6]= （N[<5.6]/N總）×100%

式中，F(xiàn)[<5.6] 為pH<5.6的頻率，N[<5.6] 為pH低于5.6的次數(shù)，N總為當(dāng)月進(jìn)行的pH觀測(cè)次數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 成因

濟(jì)南大氣污染排放總體分為：11個(gè)工業(yè)園和5個(gè)工業(yè)集聚區(qū)，且分布著本市主要的鋼鐵、石化等企業(yè)，耗能高、面廣、污染排放點(diǎn)等，空氣經(jīng)過(guò)廠區(qū)后二氧化硫等會(huì)產(chǎn)生污染源；機(jī)動(dòng)車輛保有量近160萬(wàn)輛，主要集中于市區(qū)，也是污染源之一；地形地貌、城市化建設(shè)等都是會(huì)造成酸雨的原因。

2.2 酸雨的年變化特征

2.2.1 pH值的年變化特征

由圖1可知，年平均最大pH 6.75，出現(xiàn)在2015年；年平均最小值是5.61，出現(xiàn)在2011年；2009—2013年pH變化范圍在5.61～5.77之間，變化幅度較??；2014—2018年pH變化范圍在6.15～6.75之間，處在較高位置。由此可以看出前5a的pH偏低，后5a的pH逐漸上升，說(shuō)明出現(xiàn)酸雨的降水天氣逐漸降低。

2.2.2 頻率的年變化特征

最大值是55%，出現(xiàn)在2012年；最小值是0%，分別出現(xiàn)在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出現(xiàn)頻率為上升趨勢(shì)，且值較高；2013—2017年酸雨的出現(xiàn)頻率處為下降趨勢(shì)，值較低；2018年略有回升。濟(jì)南屬于弱酸地區(qū)，2015—2018年酸雨出現(xiàn)頻率僅0%～9%，酸雨污染大為減輕。這是由于濟(jì)南市污染排放政策的事實(shí)和脫硫技術(shù)措施的提高，使得SO2污染控制區(qū)內(nèi)酸性污染氣體排放減少所引起。

2.2.3 pH值和頻率具有明顯的負(fù)相關(guān)

2009—2013年pH相對(duì)偏低，酸雨的出現(xiàn)頻率相對(duì)較高；2014—2018年pH相對(duì)偏高，酸雨的出現(xiàn)頻率相對(duì)較低。

2.3 酸雨的月變化特征

2.3.1 pH的月變化特征

由圖2可知，1—12月份月平均pH，在5.83～6.15之間，平均pH>5.60。月平均最大pH為6.15，出現(xiàn)在6月份；月平均最小pH為5.83，出現(xiàn)在2月份。

2.3.2 頻率的月變化特征

由圖2可知，1—12月份酸雨月平均出現(xiàn)頻率變化范圍為0%～40%；月最多出現(xiàn)頻率為40%，分別出現(xiàn)在5月、8月份；最少出現(xiàn)頻率為0%，出現(xiàn)在12月份；1—3月份酸雨出現(xiàn)頻率為相對(duì)低值時(shí)段。從氣象條件看，濟(jì)南隨著風(fēng)環(huán)流的建立，降水充沛時(shí)使空氣中致酸物質(zhì)的濕沉降作用明顯，導(dǎo)致降水pH值相對(duì)較高，酸雨的出現(xiàn)頻率相對(duì)較低，反之較高。

2.3.3 酸雨pH值和出現(xiàn)頻率呈負(fù)相關(guān)

從1—12月酸雨pH值的變化范圍與1—12月酸雨出現(xiàn)頻率的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出負(fù)相關(guān)明顯，如5月、8月、11月份的平均pH為相對(duì)低值，而酸雨的出現(xiàn)頻率為相對(duì)高值。4月、6月、7月、9月、10月、12月的pH值為相對(duì)高值，而酸雨的出現(xiàn)頻率位相對(duì)低值。

3 結(jié)論

利用濟(jì)南龜山國(guó)家基本氣象站2009—2018年酸雨觀測(cè)月報(bào)表資料，統(tǒng)計(jì)分析了酸雨月、年平均pH、酸雨出現(xiàn)頻率的變化特征和趨勢(shì)，得出了以下結(jié)果。

3.1 年變化特征

年平均最大pH 6.75，出現(xiàn)在2015年；年平均最小值是5.61，出現(xiàn)在2011年。2009—2013年pH處在低位，且變化幅度較?。?014—2018年pH處在高位。由此可以說(shuō)明出現(xiàn)酸雨的降水天氣逐漸降低。

酸雨頻率最大值是55%，出現(xiàn)在2012年；最小值是0%，分別出現(xiàn)在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出現(xiàn)頻率為上升趨勢(shì)，且值較高；2013—2017年酸雨的出現(xiàn)頻率處為下降趨勢(shì)，值較低；2018年略有回升。

3.2 月變化特征

月平均pH在5.83～6.15之間，月平均最大pH為6.15，出現(xiàn)在6月份；月平均最小pH為5.83，出現(xiàn)在2月份。

月平均出現(xiàn)頻率變化范圍為0%～40%；月最多出現(xiàn)頻率為40%，分別出現(xiàn)在5月、8月份；最少出現(xiàn)頻率為0%，出現(xiàn)在12月份。

3.3 pH與頻率的關(guān)系

濟(jì)南市酸雨的pH與出現(xiàn)頻率，在年變化和月變化中均呈明顯的負(fù)相關(guān)。

3.4 建議

2010年國(guó)家“十一五規(guī)劃”的有效落實(shí)，減少了二氧化硫等污染物的排放量，有效遏制了酸雨的出現(xiàn)頻率，但酸雨危害依舊存在不可掉以輕心。

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