陽泉市酸雨變化特征及其影響因素分析

賈立亭，周焱博，吳振芳

陽泉市酸雨變化特征及其影響因素分析

賈立亭1，周焱博1，吳振芳2

（1.山西省陽泉市氣象局，山西 陽泉 045000；2.山西省平定縣氣象局，山西 平定 045200）

為準確掌握陽泉市降水的酸堿度及發(fā)生規(guī)律，進而為開展環(huán)境氣象預報及降水污染防治提供科學依據(jù)，利用2017—2019年陽泉市酸雨觀測資料和同期氣象要素觀測資料進行計算，并分析了陽泉市降水pH值、電導率K值的變化特征及其影響因素，結(jié)果表明，陽泉市屬于輕酸雨區(qū)，年平均pH值為酸性；秋季和冬季降水的pH值低于春季和夏季，降水的電導率K值呈相反的變化態(tài)勢；陽泉市的酸雨更易發(fā)生在小量級的降水中；受東北風和偏東風影響時，酸雨污染嚴重。

氣象條件；酸雨；pH值；變化特征

1 引言

酸雨的常規(guī)定義是指pH值小于5.60的大氣降水，降水形式包括雨、雪及雹等[1]，酸雨是由于人類活動排放的大量酸性物質(zhì)在大氣環(huán)境中發(fā)生氧化反應生成硫酸和硝酸，并溶于雨水中降落至地面形成的[2]。酸雨又被稱為“空中死神”，可造成土壤、河流和湖泊的酸化，使土壤營養(yǎng)元素流失，導致土壤貧瘠，造成生命體的繁殖和發(fā)育紊亂，還可加快建筑物被腐蝕的速度和影響人類健康等[3]。

近幾年來，中國學者對大氣降水污染的局地特征、時空演變以及影響因素進行了大量研究分析[4]。陽泉市位于山西省東部，太行山中段西麓，東隔太行山與石家莊市相望，西接太原市，是一座新興工業(yè)城市，境內(nèi)地貌以山地為主，其余為丘陵和平原。陽泉市是京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市之一，且陽泉市作為人口較為聚集的重工業(yè)城市，大氣環(huán)境問題尤為緊迫，目前對陽泉地區(qū)酸雨的研究較少，本文利用2017—2019年陽泉市平定縣國家基本氣象站的觀測資料分析了酸雨的變化特征及氣象條件對酸雨的影響，以期為陽泉市酸雨控制和防范對策指定提供參考。

2 資料與方法

酸雨資料來源于2017-01—2019-06陽泉市平定縣國家基本氣象站的酸雨監(jiān)測資料，平定酸雨監(jiān)測站位于37°47′N、113°38′E，觀測場海拔高度為753 m，觀測要素主要包括降水時段、降水量、降水pH值和電導率K值（單位為μs·cm-1）、每日4個時次（14時、20時、02時、08時），10 min平均風向風速；其中pH值和K值取3次讀數(shù)的平均值，電導率K值為訂正至25. 0 ℃的標準值。

本文選取2017—2019年陽泉地區(qū)共129個降水樣本，其中2018-01—2018-02、2018-12、2019-01和2019-05無降水觀測樣本（月降水量均小于1 mm，無采集樣本），不參與年平均降水量和季平均降水量的計算。降水平均pH值、酸雨出現(xiàn)頻率及電導率K值的計算方法按照中國氣象局《酸雨觀測業(yè)務規(guī)范》（2005）[1]中的方法。

3 結(jié)果分析

3.1 酸雨變化特征

3.1.1 酸雨年變化

由2017-01—2019-06陽泉地區(qū)129個降水樣本統(tǒng)計可知，此期間樣本總降水量為1 212.4 mm。統(tǒng)計分析可知，在此期間陽泉地區(qū)降水pH值范圍在4.32～7.78。參照程新金和黃美元的分析方法[5]，將酸雨的酸度分為強酸性（pH＜4.50）、中度酸性（4.50≤pH＜5.00）、弱酸性（5.00≤pH＜5.60）3個等級進行細化分析，129個樣本中，共出現(xiàn)酸雨38次。其中強酸雨僅出現(xiàn)2次，出現(xiàn)頻率為1.6%，出現(xiàn)在2017-10；中度酸雨出現(xiàn)11次，出現(xiàn)頻率為8.5%，有10次出現(xiàn)在2017年；大部分為弱酸雨，出現(xiàn)25次，出現(xiàn)頻率19.8%。2017-01—2019-06陽泉地區(qū)酸雨的K值變化范圍 在20～210，大部分K值集中在20～100，約占酸雨總樣本的68.4%。

2017年陽泉地區(qū)共59個降水樣本，年平均pH值5.93，酸雨出現(xiàn)頻率39.0%，屬于輕酸雨區(qū)。2018年陽泉地區(qū)共57個降水樣本，年平均pH值6.14，酸雨出現(xiàn)頻率24.6%，屬于輕酸雨區(qū)，相比較2017年有所改善。

3.1.2 酸雨月、季變化

2017-01—2019-06陽泉地區(qū)降水月平均pH值和K值的變化特征如圖1所示，由圖1可見，陽泉地區(qū)降水的pH值隨季節(jié)波動變化明顯，一般秋季和冬季為pH值波谷，春季降水的pH值逐漸增大，夏季一般為pH值波峰；降水的K值與pH值大體呈相反的變化特征，其波峰（谷）基本與pH值的波谷（峰）相對應。陽泉地區(qū)降水的pH值最小值與平均pH值的變化趨勢一致。冬季陽泉市氣溫較低，11～3月為取暖期，燃煤量增加，因煤中的含硫量較高，為大氣中硫的主要來源，硫是主要的致酸物質(zhì)，也是降水電導率K值增大的主要貢獻者。冬季采暖期間陽泉地區(qū)主要受地面冷高壓的控制，降水較少，且極易出現(xiàn)逆溫，不利于大氣污染物的擴散，為酸雨的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件。分月加權(quán)平均得到2017—2019年陽泉地區(qū)1～12月平均pH值和K值，分析可得降水的pH值1月最低，降水的平均pH值和K值大體呈相反的變化特征，其波峰（谷）基本與pH值的波谷（峰）相對應。

圖1 2017-01—2019-06陽泉地區(qū)降水月平均pH值、月最小pH值及月平均K值變化

3.2 氣象條件及污染物對酸雨的影響

3.2.1 降水對酸雨的影響

2017-01—2019-06陽泉地區(qū)降水pH值、K值與降水量的關系如圖2所示。由圖2可知，降水的pH值較小值和K值較大值主要出現(xiàn)在降水量為20 mm以內(nèi)的降水中，降水的pH值最小值和K值最大值主要出現(xiàn)在降水量小于2 mm量級的降水中。通過分析發(fā)現(xiàn)，當降水量級為小雨時出現(xiàn)弱酸雨的概率最高，而一般情況強降水則不利于酸雨的形成。陽泉地區(qū)的酸雨更易發(fā)生在小量級的降水過程中，隨著降水量不斷增大，降水的酸性、酸雨發(fā)生概率或降水的平均電導率K值均呈下降的趨勢。

圖2 2017-01—2019-06陽泉地區(qū)降水pH值、K值與降水量的關系

3.2.2 風對酸雨的影響

氣象條件除了影響前體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度外，對酸性物質(zhì)的輸送、擴散、沉降也具有重要的作用。空氣中的酸性物質(zhì)可以通過大氣輸送至下游地區(qū)，在一定條件下形成酸雨。經(jīng)分析，陽泉地區(qū)風向為NE和NNE時酸雨出現(xiàn)頻率最高，偏東風和偏北風對酸雨的貢獻較大。此外，ESE、SE風時也可出現(xiàn)弱酸雨，而其他風向時弱酸雨出現(xiàn)次數(shù)極少或不出現(xiàn)。綜上，陽泉市受東北風或偏東風影響時，酸雨污染較嚴重，偏東風為酸雨的發(fā)生提供了前期儲備條件。

4 結(jié)論

2017年陽泉地區(qū)年平均pH值5.93，酸雨出現(xiàn)頻率39.0%，屬于輕酸雨區(qū)。2018年陽泉地區(qū)平均pH值6.14，酸雨出現(xiàn)頻率24.6%，屬于輕酸雨區(qū)，相比較2017年有所改善。2017-01—2019-06陽泉地區(qū)降水pH值和電導率K值月、季變化較明顯，降水pH值和K值基本上呈相反的變化特征，秋季和冬季的降水的pH值最小，可能與采暖季節(jié)的燃煤取暖密切相關。陽泉市酸雨更易發(fā)生在小量級的降水過程中，隨著降水量的增大，云下沖刷作用對污染物的清除貢獻較大。NE和NNE風向時陽泉市酸雨污染較嚴重，另外，偏東風和偏北風對酸雨的貢獻也較大。

［1］中國氣象局.酸雨觀測業(yè)務規(guī)范［M］.北京：氣象出版社，2005．

［2］唐孝炎，張遠航，邵敏.大氣環(huán)境化學［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006．

［3］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.

［4］李倩，楊旭，馬梁臣，等.長春市酸雨變化特征及其影響因素分析［J］.氣象與環(huán)境學報，2017（4）：48-55.

［5］程新金，黃美元.降水化學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.

X517

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.054

2095－6835（2019）24－0123－02

賈立亭（1994—），女，學士，助理工程師，主要從事天氣預報與氣象服務工作。

〔編輯：嚴麗琴〕