南通市酸雨時(shí)空分布特征及其對人體健康的影響分析

張琪 顧沛 澍袁晶

摘 要：利用2009—2012年南通市市區(qū)、如皋和呂泗3個(gè)酸雨監(jiān)測站的酸雨資料和降水資料，分析了南通市酸雨的時(shí)空分布特征及其對人體建康的影響。結(jié)果表明：酸雨和強(qiáng)酸雨的發(fā)生天數(shù)在南通市呈現(xiàn)自北向南、自西向東逐漸增加的趨勢，酸雨年平均pH值呈現(xiàn)自北向南、自西向東逐漸減小的趨勢。酸雨的發(fā)生百分率、平均pH值及天數(shù)都具有明顯的年際變化規(guī)律和月際分布特征。氣象條件是酸性物顆粒擴(kuò)散形成酸雨的最重要的影響因子。酸雨對人體的呼吸系統(tǒng)具有直接的危害，同時(shí)使飲用水源污染以及有毒重金屬溶出，可引起機(jī)體呼吸系統(tǒng)、心臟及血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等的廣泛損傷。

關(guān)鍵詞：酸雨;時(shí)空分布;人體健康

中圖分類號 X517文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2020）04-0150-03

Abstract： Based on the acid rain data and precipitation data of three acid rain monitoring stations in Nantong City， Rugao and Lvsi from 2009 to 2012， this paper analyzes the spatial and temporal distribution characteristics of acid rain in Nantong City and its impact on human health. The results show that the days of acid rain and strong acid rain increase from north to South and from west to East in Nantong City， and the annual average pH value of acid rain decreases from north to South and from west to East. The percentage of acid rain， the average pH value and the days of acid rain have obvious inter annual variation and inter monthly distribution characteristics. Meteorological conditions are the most important factors for the diffusion of acid particles to form acid rain. Acid rain has direct harm to respiratory system of human body， and it also causes pollution of drinking water source and dissolution of toxic heavy metals， which can cause extensive damage to respiratory system， heart and blood system， immune system and endocrine system of human body.

Key words： Acid rain; Spatiotemporal distribution; Human health

近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)和交通事業(yè)迅猛發(fā)展，人類在生產(chǎn)和生活過程中向大氣排放的污染物也急劇增加，這些污染物質(zhì)經(jīng)過擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化，在雨水沖刷過程中相互作用，最終形成了具有酸堿性的降水[1]。目前，酸雨與全球氣候變暖、臭氧層破壞并列為世界3大生態(tài)環(huán)境災(zāi)難。中國已成為繼歐洲、北美之后的世界第3大酸雨區(qū)[2-3]。我國自20世紀(jì)70年代觀測到酸雨以來，酸雨污染一直呈現(xiàn)發(fā)展的態(tài)勢。酸雨對環(huán)境的危害極大，其不僅對水體造成污染，抑制河流、湖泊中的生物，還能腐蝕石質(zhì)建筑物和金屬制品，危害農(nóng)作物、森林和草場，甚至威脅人類的身體健康[1]。

自改革開放以來，以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)和治理措施不當(dāng)，使得江蘇省成為了我國酸雨較為嚴(yán)重的省份之一。江蘇省酸雨區(qū)域中心位于“南通-無錫-常州-南京”一帶，從降水化學(xué)成分而定，硫酸根離子是降水陰離子的主要成分，總體以煤煙型污染為主[4]。本文以南通市2009—2012年酸雨監(jiān)測資料為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了南通市酸雨的時(shí)空分布特征，探討了氣象因子對酸雨形成的影響，并基于統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，初步探討了酸雨對人體健康的影響。

1 資料來源

酸雨資料取自2009—2012年南通市市區(qū)（121°E，32.1°N）、如皋（120.6°E，32.4°N）和呂泗（121.6°E，32.1°N）3個(gè)酸雨監(jiān)測站。降水資料來自3個(gè)站點(diǎn)相應(yīng)的氣象臺(tái)站觀測資料。

2 南通市酸雨的時(shí)空分布特征

按照中國氣象局《酸雨業(yè)務(wù)觀測規(guī)范》的規(guī)定：降水pH值<5.6，認(rèn)為有酸雨發(fā)生，酸雨按降水的pH值分為3個(gè)等級：pH<4.5為強(qiáng)酸性樣本;4.5≤pH<5.6為弱酸性降水樣本;pH>5.6為非酸性降水樣本。

2.1 地區(qū)分布特征 從2009—2012年南通市市區(qū)、如皋和呂泗3個(gè)酸雨監(jiān)測站的統(tǒng)計(jì)情況（表1）可以看出，2009—2012年各站弱酸雨的天數(shù)均高于強(qiáng)酸雨天數(shù)，同時(shí)各級酸雨發(fā)生次數(shù)在南通市呈現(xiàn)自北向南、自西向東逐漸增加的趨勢。酸雨年平均pH值與酸雨天數(shù)的地區(qū)分布特征一致，呂泗站最低，僅為4.83。但是由于呂泗站的有效降水天數(shù)最多，達(dá)到了其他2站之和，因而酸雨發(fā)生的百分率并不高，僅為38.5%，南通市區(qū)最高，為64.0%。

2.2 年際分布特征 2009—2012年3個(gè)站點(diǎn)酸雨發(fā)生百分率基本都呈減小的趨勢（圖1a），2009—2010年發(fā)生百分率較高，處在峰值期，均大于60%，2011年為百分率最低的階段，2012年較2011年有小幅上升。2011—2012年呈現(xiàn)自北向南、自西向東增加的趨勢。4年中，市區(qū)和呂泗站的酸雨發(fā)生百分率一直都處在較高的水平。如皋站自2011年起，酸雨發(fā)生百分率降低明顯，下降到35%以下。從各站酸雨pH值的年變化可以看出（圖1b），市區(qū)和如皋站2009—2012年平均pH值均大于5.0，且呈上升態(tài)勢，酸性減弱。呂泗站的pH值變化平穩(wěn)，均在5.0以下。從各站的變化趨勢分析（圖1c），市區(qū)的酸雨發(fā)生天數(shù)近4年來基本維持在比較穩(wěn)定的狀態(tài)，在50d左右。如皋站2009—2011年酸雨發(fā)生天數(shù)明顯減少，2011—2012年均維持在30d以下。呂泗站2009—2011年酸雨發(fā)生天數(shù)略有減少，而后在2012年猛增至73d。

2.3 月際分布特征 分析酸雨發(fā)生百分率和pH值月際分布發(fā)現(xiàn)，3個(gè)站的酸雨發(fā)生百分率都呈雙峰型分布。3—4月各站百分率都處于峰值區(qū)，都在80%以上。呂泗站除3—4月外，10月和12月酸雨發(fā)生的百分率較高，均在90%以上，低值區(qū)在5月份，但也在50%以上，可見呂泗地區(qū)酸雨發(fā)生的百分率常年都比較高;市區(qū)除3—4月外，7—8月發(fā)生的百分率在70%左右，低值區(qū)在5—6月份;如皋站除3—4月外，9—10月為酸雨發(fā)生的百分率峰值區(qū)，低值區(qū)在6—7月份，僅為30%左右。同一時(shí)間酸雨發(fā)生百分率的地區(qū)的變化趨勢也很明顯，各月基本都是自北向南、自西向東逐漸增加。與酸雨發(fā)生的百分率相對應(yīng)，各站酸雨pH值在3—4月為低值區(qū)，其中呂泗站3—4月pH值都在4.5以下，5—6月pH值逐漸升高，6月為峰值區(qū)。呂泗站全年pH值均位于較低水平。酸雨發(fā)生天數(shù)的月際變化呈現(xiàn)3峰型，峰值出現(xiàn)在8月，次峰值出現(xiàn)在3月，低值出現(xiàn)在5—6月和10月。除7—8月外，呂泗站其他月平均酸雨天數(shù)均高于市區(qū)和如皋。

3 酸雨形成的氣象因子

根據(jù)目前對酸雨的研究，酸性物顆粒擴(kuò)散時(shí)，氣象條件是最重要的影響因子。而影響大氣擴(kuò)散能力的氣象條件主要有以下2個(gè)方面，一是動(dòng)力因子，主要是指風(fēng)和湍流;二是熱力因子，主要指大氣的溫度層結(jié)及大氣穩(wěn)定度[5-7]。

3.1 風(fēng) 污染物的擴(kuò)散受水平方向風(fēng)的影響，垂直方向受湍流的控制。排放到大氣中的污染物在風(fēng)的作用下被輸送到風(fēng)的下風(fēng)方，從而影響下游地區(qū)。有研究表明，高空1500m的風(fēng)向風(fēng)速對局地降水酸度的變化有較明顯的指示意義，說明伴隨天氣系統(tǒng)的大氣環(huán)流對局地酸雨的形成過程有一定的影響[8]。風(fēng)不僅對污染物起著輸送的作用，而且還起著擴(kuò)散和稀釋的作用。一般來說，污染物在大氣中的濃度與污染物的總排放量成正比，而與平均風(fēng)速成反比[7，9]。若風(fēng)速增加1倍，則在下風(fēng)向污染物的濃度將減少50%。

3.2 溫度層結(jié) 溫度層結(jié)決定著大氣的穩(wěn)定度，而大氣的穩(wěn)定程度又影響著湍流的強(qiáng)度，因此，溫度層結(jié)與大氣污染可能存在十分密切的聯(lián)系[10]。特別是當(dāng)逆溫出現(xiàn)時(shí)，不利于空氣上下流通，大氣污染物在近地層空氣中堆積，而在這種情況下若出現(xiàn)降水，沖刷作用導(dǎo)致酸水酸性增強(qiáng)的可能性極大。

4 酸雨對人體健康的影響

4.1 直接影響 酸雨或酸霧對呼吸道中起主要防御功能的細(xì)胞有損傷作用，會(huì)大大提高呼吸道感染和腫瘤的發(fā)病幾率[9]。研究表明[12]，酸性物質(zhì)會(huì)對肺的呼吸功能產(chǎn)生影響，尤其是進(jìn)入青春發(fā)育期的少兒肺臟支氣管相對較直，酸性物質(zhì)容易到達(dá)細(xì)支氣管和肺泡，對末梢小氣道的通氣功能造成損害。這可能引起急性和慢性呼吸道損害，輕者可引起咳嗽、聲音嘶啞等上呼吸道炎癥;重者可產(chǎn)生呼吸急促、胸痛，甚至引發(fā)肺氣腫及肺心病。

4.2 間接影響 酸雨沉降后期，酸性物質(zhì)進(jìn)入地表水體和土壤，導(dǎo)致一些金屬從通常結(jié)合的區(qū)域如巖石、不溶性沉積物中溶出，并進(jìn)入人類接觸的介質(zhì)，如水和食物[13]。酸雨沉降后期主要通過以下2種途徑影響人類對毒性金屬的接觸，一是通過食物鏈的生物富集作用：這些有毒的重金屬如汞、鉛、鎘等會(huì)在魚類機(jī)體中沉積，人類因食用而受害，誘發(fā)癌癥和老年癡呆;二是污染飲用水水源：據(jù)報(bào)道，很多國家受酸雨影響，地下水中鋁、銅、鋅、鎘的濃度已上升到正常值的10～100倍[12]。

5 結(jié)論與討論

（1）酸雨和強(qiáng)酸雨的發(fā)生天數(shù)在南通市呈現(xiàn)自北向南、自西向東逐漸增加的趨勢，酸雨年平均pH值呈現(xiàn)自北向南、自西向東逐漸減小的趨勢。

（2）酸雨發(fā)生的百分率、平均pH值以及酸雨天數(shù)都具有明顯的年際變化規(guī)律。2009—2012年3個(gè)站點(diǎn)酸雨發(fā)生的百分率基本都呈減小的趨勢，2011年為百分率最低的階段，2012年較2011年有小幅上升。4年中，市區(qū)和呂泗站的酸雨發(fā)生百分率一直都處在較高水平;如皋站2009—2011年酸雨發(fā)生天數(shù)明顯減少;呂泗站2009—2011年酸雨發(fā)生天數(shù)略有減少，而后在2012年猛增至73d。

（3）南通市3個(gè)站的酸雨發(fā)生百分率都呈雙峰型分布。3—4月各站的百分率都處于峰值區(qū)。與酸雨發(fā)生的百分率相對應(yīng)，各站酸雨pH值在3—4月為低值區(qū)，其中呂泗站全年pH值均位于較低水平。酸雨發(fā)生天數(shù)的月際變化呈現(xiàn)3峰型，峰值出現(xiàn)在8月，次峰值出現(xiàn)在3月，低值出現(xiàn)在5—6月和10月。

（4）氣象條件是酸性物顆粒擴(kuò)散形成酸雨的最重要的影響因子。

（5）酸雨會(huì)對人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生直接危害，同時(shí)使飲用水源污染以及有毒重金屬溶出，間接引起機(jī)體呼吸系統(tǒng)、心臟及血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等的廣泛損傷。

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（責(zé)編：張宏民）