貴州西部地區(qū)酸雨特征分析

李貴瓊，蔣文家，周　圣，池再香

(1.貴州省盤縣氣象局，貴州　盤縣　553537；2.貴州省水城縣氣象局，貴州　水城　553002；3.貴州省六盤水市氣象局，貴州　六盤水　553001)

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貴州西部地區(qū)酸雨特征分析

李貴瓊，蔣文家，周圣，池再香

(1.貴州省盤縣氣象局，貴州盤縣553537；2.貴州省水城縣氣象局，貴州水城553002；3.貴州省六盤水市氣象局，貴州六盤水553001)

利用盤縣、水城、七星關和興義4個觀測點2008—2014年酸雨資料，分析貴州西部近年來PH值和酸雨頻率的年、月、季節(jié)變化特征和影響酸雨因素。結果表明：貴州西部降水PH值年均值在4.98～5.95之間，年降水PH值呈現上升趨勢，年酸雨頻率最高值為54.8%，最低值為11.8%，酸雨頻率年變化呈下降趨勢；降水PH值平均值月變化在5.28～5.67之間，呈上升趨勢，月酸雨頻率最高值為1月份的49.6%，最低值為7月的24.9%，酸雨頻率月變化呈下降趨勢；降水PH值平均值在季節(jié)上變化不明顯，酸雨頻率在季節(jié)上變化比較明顯，冬、春季酸雨污染比夏、秋季節(jié)嚴重；降水PH值平均值隨著年降水總量的增多而上升，減少而下降，酸雨頻率隨著年降水總量的增多而降低，減少而升高；酸雨頻率受風向風速的影響，在16個風向上均有發(fā)生，但NNE上最大，為11.8%；WSW風向上最小，為1.7%，在風力為2～3級時發(fā)生比較集中，4級以后無酸雨頻率發(fā)生；酸性氣體排放逐年減少，降低了酸雨的發(fā)生。

PH值；酸雨頻率；變化特征

1　引言

酸雨是指PH值<5.6的大氣降水(雨、雪、雹等)[1]。通常認為，人類排放的硫氧化物和氮氧化物在大氣環(huán)境中經過各種氧化反應生成的硫酸和硝酸是導致降水酸化的主要致酸污染物質[2]。貴州省西部地區(qū)主要包括六盤水市、畢節(jié)地區(qū)和黔西南州，平均海拔為1 300～2 000 m，總面積6萬多km2，總人口1 400多萬。近年來，隨著生產要素和人口急劇集聚，工業(yè)迅速發(fā)展，火力發(fā)電站、耗煤量和機動車輛不斷增加，導致SO2和汽車尾氣排放量與日俱增，引起大氣污染，為探明其污染程度和變化趨勢，本文選取盤縣、水城、七星關和興義2008—2014年的酸雨觀測資料，分析總結貴州西部地區(qū)酸雨的變化特征和相關氣象要素對形成酸雨的影響，以期為該地區(qū)生態(tài)建設提供科學依據。

2　資料來源和方法

利用貴州省西部地區(qū)盤縣、水城、七星關和興義4個酸雨觀測站2008年1月1日—2014年12月31日的日降水量≥1.0 mm酸雨觀測資料、降水量資料、風向風速和SO2及NO2排放量等數據，運用統(tǒng)計、對比等方法，分析酸雨的變化特征及其影響因子。

3　結果與分析

3.1PH年平均值及酸雨頻率年變化

評價一個地區(qū)酸雨程度的方法，通常采用降水酸度法，降水酸度是以降水PH值的年平均值表示，在降水形成過程中，由于受到大氣中CO2和其他污染氣體以及大氣中懸浮顆粒物可溶成分的影響，降水的PH值會呈現較大幅度的變化，因而降水的PH值是反映自然界降水特征以及受人類活動影響的重要指標之一[3]。通常將降水PH值<4.5為強酸雨，4.5

從表2可以得出，降水PH值平均值最低為2008年的4.48，出現在興義，最高為2014年的6.08，出現在盤縣，表明酸雨污染較為嚴重的地區(qū)是興義，其次是七星關，最輕的是水城，2014年無酸雨發(fā)生。

酸雨頻率是降水酸度的另一表示法，是用測點的單位時間內PH值<5.60的次數，除以PH值觀測的總次數，其表達式[1]：

表1　降水PH值品均值統(tǒng)計

(1)

式中F.60〗為PH值<5.60的頻率；N.60〗為PH值<5.60的次數；Ni為統(tǒng)計周期內PH值觀測的次數。

從圖1可以看出，降水PH值年平均值呈上升趨勢，2008年的酸雨頻率為54.8%，為近年來的最高值，說明貴州西部地區(qū)存在著一定程度的酸雨污染，到2009年酸雨頻率有所下降，特別是2009—2010年，酸雨頻率從2009年的45.8%下降到 2010年的28.3%，下降了17.5%，降幅較大，2011年酸雨頻率雖然有所回升但升幅不大，2012—2013年酸雨頻率變化比較平穩(wěn)，到2014年降到最低值11.8%，酸雨頻率呈下降趨勢，表明酸雨污染在逐步減輕，這與趙宏婭[4]研究結果相一致。

表2　盤縣、水城、七星關和興義各要素統(tǒng)計值

圖1　貴州西部PH年均值、酸雨頻率年變化Fig.1　Annual mean value of PH in the west of Guizhou, annual change of acid

3.2PH月平均值和酸雨頻率的月變化

從圖2可知，降水PH值平均值月變化范圍為5.28～5.67，最大出現在11月，為5.67，最小出現在1月，為5.28；1—3月、9—12月的變化起伏比較明顯，4—6月、8—9月變化比較平穩(wěn)，降水PH值月均值呈上升趨勢。酸雨頻率1—7月逐月下降，降幅較小，從7月開始到10月呈上升趨勢，但升幅不大，10—11月有所下降，11—12月上升，從11月的29.6%升高到12月的47.1%，升幅達到17.5%。酸雨頻率最高值出現在1月份，為49.6%，最低值出現在7月份，為24.9%，酸雨頻率的月變化呈下降趨勢。

圖2　貴州西部降水PH月均值、酸雨頻率月變化Fig.2　Monthly mean value of precipitation in the west of Guizhou, monthly change of acid rain frequency

3.3降水PH值和酸雨頻率的分布特征

氣象學上將3—5月、6—8月、9—11月、12月—翌年2月劃分為春、夏、秋、冬四季。從圖3可以看出，降水PH值年平均值在季節(jié)上變化起伏不大，春季為5.39，夏季為5.46，秋季為5.67，而冬季為5.48；酸雨頻率在季節(jié)上變化卻比較明顯，春季為35.5%，夏季為28.2%，秋季為33.2%，而冬季為43.0%，冬季酸雨頻率最高，夏季最低，酸雨頻率呈中間低兩端高的“U”型分布特點。

圖3　四季降水PH及酸雨頻率變化Fig.3　PH and acid rain frequency changes in four seasons

4　影響酸雨因素分析

影響酸雨的因素很多，許多專家和學者已從不同方面作了大量的研究，如劉慧[5]重點是從地形地貌、土壤性質對酸雨形成方面進行研究，高空形式和地面形式對酸雨程度的影響是余欣[6]的主要研究方向，羅乃興[7]從降水、風向風速、K電導率及逆溫層對貴陽市酸雨進行詳盡的分析，趙彩[8]重點研究燃燒燃料、工業(yè)燃煤污染源布局和地形對酸雨產生的影響，本文僅探討降水量、天氣系統(tǒng)、風向風速和酸性氣體的排放對酸雨影響。

4.1降水量

從圖4可以看出，貴州西部地區(qū)年降水總量出現3個峰值點，分別為2010年的4 414.2 mm、2012年的4 236.7 mm和2014年6 190.5 mm；3個谷值，為2009年的3 649.7 mm、2 907.1 mm和2013年3 910.0 mm；降水PH值和酸雨PH值隨著年降水總量的增多而上升，年降水總量的減少而下降；酸雨頻率隨著年降水總量的增多而降低，年降水總量的減少而升高。

圖4　貴州西部降水PH、酸雨PH和降水總量年變化Fig.4　The change of precipitation PH, acid rain PH and total precipitation in the west of Guizhou

從圖5中可知，2008—2014年月降水總量呈單峰型，1—3月的月降水總量為1 620.7 mm，降水PH值和酸雨PH值變化起伏較大，酸雨頻率高，主要因為該時段內氣候干燥，大風較多，地面浮塵多，降水量偏少，使得大氣中弱堿性濃度大且滯留時間長所致；4—9月累積降水量為2 2712.7 mm，降水持續(xù)時間長，降水相對集中，對大氣中浮塵有洗滌作用，故降水PH值和酸雨PH值變化比較平穩(wěn)，酸雨頻率低，10—12月的月降水總量偏少，導致降水酸度增高，酸雨頻率增大。

圖5　降水PH、酸雨PH和降水總量月變化Fig.5　 Tonthly change of precipitation PH, acid rain PH and total precipitation

4.2天氣系統(tǒng)

貴州西部夏季混合層發(fā)展旺盛，經常伴有對流性降水，降水強度大，雨量多，大氣層結不穩(wěn)定，風速加大，垂直氣流和湍流得到發(fā)展，這種天氣條件對空氣中的污染物擴散十分有利，所以不利于酸雨形成，酸雨頻率相對比較低。秋、冬季，受云貴靜止鋒持續(xù)時間較長的影響，多以穩(wěn)定性降水為主，降水強度小，此期間風力小，污染物容易積聚形成酸雨，酸雨出現的頻率就較髙。大霧較多，如盤縣冬季大霧占全年的35.0%[9]，出現大霧時，氣層結構穩(wěn)定,氣層垂直擴散能力受到遏制，有害的煙霧不能迅速擴散和稀釋，從而使污染物滯留在城市上空，加之冬季降水量偏少，雨水對氣溶膠和酸性氣體的有效沖刷及稀釋作用減弱，使降水酸度下降，導致酸雨頻率偏高。

4.3風向風速

選取酸雨觀測資料中每日02時、08時、14時和20時整點風向和風速數據，統(tǒng)計16個方位和不同風力等級下的酸雨頻率。

從圖6的風向玫瑰圖可知，16個風向方位均有酸雨頻率發(fā)生，但分布不均勻， NNE方位和ESE—S方位酸雨發(fā)生頻率較高，以NNE上的11.8%為最大，其次是SE和SSE,在WSW風向上的最小為1.7%。

圖6　酸雨頻率受風向影響分布Fig.6　 Distribution of acid rain frequency under wind direction

圖7是風力等級玫瑰圖，反映不同風力等級下的酸雨發(fā)生頻率，從中可看出酸雨頻率主要集中出現在0～3級的風力等級，最大出現在1級，為50.8%，其次是2級為46.0%，最小是3級為0.1%，4～7級以上未出現酸雨，圖7和表3都同時表明風力從0級增大到1級時，酸雨頻率不增大，但風力在1級以上時，隨風速的增大而減少，這恰好印證了風對污染物水平輸送的同時也起到了稀釋和沖淡的作用[10]。

風力/級數風速/(m/s)次數酸雨頻率/%00～0.2222.410.3-1.547350.821.6～3.342846.033.4～5.460.145.5～7.92058.0～10.700610.8～13.8007≥13.800

4.4酸性氣體排放

解淑艷[11]指出，2011年全國降水中的主要陰離子為硫酸根，占離子總量的28.1，硝酸根占離子總量的7.4%， 19個省(自治區(qū)、直轄市)酸雨頻率有不同程度降低，其中廣西、湖南、貴州降低幅度超過10%，包括貴州省在內的18個省氫離子濃度有不同程度降低，其中貴州降低超過50%，表明降水酸度有所減輕。圖8中六盤水、畢節(jié)市SO2和NO2排放量數據分別來自六盤水市環(huán)境質量公報和畢節(jié)市環(huán)境狀況公報(興義市數據不祥未采用)，從圖中可以看出，六盤水SO2排放量從2008—2010年逐年上升，2011—2012有所下降，2013年略為升高，2014年降到7 a中的最低點，NO2的排放量為兩頭高、中間低的特點；畢節(jié)市SO2的排放量2008年為最低，2009—2010逐年上升，2012—2014年較2010年下降，NO2排放在2010年為最高，2012—2014年呈下降趨勢，表明貴州西部地區(qū)不利于酸雨的形成。

圖8　貴州西部地區(qū)SO2和NO2排放量Fig.8　Emissions of SO2 and NO2 in the western region of Guizhou

近年來，貴州西部地區(qū)酸雨污染得到不同程度的減輕，這與各地區(qū)地方政府出臺相關政策文件、狠抓落實息息相關，如盤縣出臺《關于下達三岔河北盤江流域煤炭采選企業(yè)環(huán)境污染限期治理項目的通知》，并認真組織實施；當地政府通過采取把循環(huán)經濟模式融入工業(yè)發(fā)展、對煤礦企業(yè)整合重組、用關并壓產取締土法煉焦和對1 t以下燃煤鍋爐逐步取締、大力加快轉型、擴大使用清潔能源等方式減輕酸雨污染。

5　結論

通過上述分析，得到以下結論：

①貴州西部地區(qū)降水PH值年平均值2008—2013年表現為弱酸性，2014年為堿性，降水PH值年平均值呈上升趨勢，年酸雨頻率最高值為48.0%，最低值為1.9%，酸雨頻率變化呈下降趨勢，表明酸雨污染在逐步減輕。

②降水PH值月變化范圍為5.28～5.67，1—3月、9—12月的變化起伏比較明顯，4—6月、8—9月變化比較平穩(wěn)，月酸雨頻率的最高值為49.6%，最低值為24.9%，酸雨頻率的月變化呈下降趨勢，這與年酸雨頻率變化具有一致性。

③降水PH值年平均值在季節(jié)上變化不明顯，酸雨頻率在季節(jié)上變化卻比較明顯，冬、春季酸雨污染比夏、秋季節(jié)嚴重，呈中間低兩端高的“U”型分布特點。

④降水PH值平均值隨著年降水總量的增多而上升，減少而下降，酸雨頻率隨著年降水總量的增多而降低，減少而升高，降水PH值平均值和酸雨頻率在1—3月和10—12月變化明顯。

⑤酸雨頻率受風向風速的影響，16個風向上均有發(fā)生，在NNE上最大為11.8%，當風力為2～3級時發(fā)生比較集中，4級以后無酸雨頻率發(fā)生；酸性氣體排放逐年減少，大大減少酸雨的發(fā)生。

[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]．北京：高等教育出版社，2006.

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[4] 趙宏婭，李霄.貴州省城市酸雨形勢的初步分析[J].貴州氣象，2009，33(4)：29-30.

[5] 劉慧，魯斌. 雞西市酸雨分析[J].黑龍江氣象，2013，30(2)：28-29.

[6] 余欣，陳鮑發(fā)，黃龍飛，景德鎮(zhèn)市酸雨的天氣形式與氣象條件分析[J].江西科學，2014，32(5)：606-612.

[7] 羅乃興，曾莉萍,等.貴陽市近年酸雨特征分析[J].貴州氣象，2013，37(4)：18-23.

[8] 趙彩，于俊偉,等.遵義市酸雨特征研究[J].貴州氣象，2009，33(3)：16-19.

[9] 陳海濤，張艷梅.近48 a六盤水市大霧天氣氣候特征分析[J].貴州氣象， 2010, 34(5)：11.

[10]吳兌，鄧雪嬌.環(huán)境氣象學與特種氣象學預報[M].北京：氣象出版社，2001:105-106.

[11]解淑艷，王瑞斌，鄭皓皓.2005—2011年全國酸雨狀況分析[J].環(huán)境監(jiān)控與預警，2012，4(5)：34-35.

Analysis on the Characteristics of Acid Rain in Western Guizhou

LI Guiqiong1,JIANG Wenjia2,ZHOU Sheng1,CHI Zaixiang3

(1.Panxian Meteorological Bureau of Guizhou Province, Panxian 553537, China; 2.Shuicheng County Meteorological Bureau of Guizhou Province, Shuicheng 553002, China; 3.Liupanshui City Meteorological Bureau of Guizhou Province , Liupanshui 553001, China)

The four-year acid rain data of Panxian, Shuicheng, Qixingguan and Xingyi four observation points from 2008 to 2014 years were used to analyzed the year, month and seasonal variation characteristics and influential factors of the PH value and acid rain frequency of Western Guizhou Province in recent years. The results show that the annual average precipitation PH value in Western Guizhou varies from 4.98 to 5.95. showing the annual precipitation PH value is on the rise. The highest value of the annual frequency of acid rain is 54.8%, the minimum value is 11.8%, and the annual change in the frequency of acid rain is decreased; the average monthly precipitation PH changes from 5.28 to 5.67, being on the rise, the highest monthly frequency of acid rain as of January 49.6%, the lowest value of 24.9% in July, changes in the frequency of acid rain decreased monthly; PH seasonal average did not change significantly, the seasonal frequency of acid rain changed obviously in winter and spring than in summer and Autumn season, acid rain pollution is serious; the average rainfall PH value rises along with the increase of the total annual precipitation. The frequency of acid rain frequency decreased with the increase of the total annual precipitation, increased with the decrease of total annual precipitation. Influences of wind have occurred in the 16 directions. But the maximum on NNE, 11.8%, WSW wind direction on the smallest, 1.7%, in the wind for 2 to 3 occurred more concentrated, 4 after the frequency of acid rain occurred; acid gas emissions decreased year by year, reducing the occurrence of acid rain.

PH value; acid rain frequency; change characteristics

1003-6598(2016)02-0027-05

2015-09-24

李貴瓊(1978—)，女，工程師，主要從事氣象綜合觀測及服務工作，E-mail:lgq56793@163.com。

X517

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