2016—2022年云南思茅酸雨變化特征分析

摘 要：利用云南省思茅地區(qū)2016—2022年酸雨觀測(cè)資料和氣象資料，結(jié)合后向軌跡和聚類分析方法，對(duì)思茅地區(qū)酸雨的變化趨勢(shì)和來源進(jìn)行分析，結(jié)果表明：2016—2022年思茅地區(qū)降水除2020年外，呈現(xiàn)pH年均值整體升高、酸雨頻率下降的趨勢(shì)，表明該地區(qū)酸雨?duì)顩r正在逐步好轉(zhuǎn)；月均pH值與月降水量基本一致，呈現(xiàn)夏季高、冬季低的特征，月酸雨頻率夏季最低，冬季最高；風(fēng)向?qū)λ济┑貐^(qū)的酸雨頻率具有明顯影響，靜風(fēng)條件下酸雨頻率最高，E-ESE-SE-SSE來向的風(fēng)、SSW-SW-WSW-W來向風(fēng)導(dǎo)致的酸雨頻率較高，結(jié)合后向軌跡分析表明，思茅地區(qū)周邊的緬甸、越南、老撾等國(guó)家燒荒等引起的污染物輸送是影響思茅地區(qū)酸雨的重要原因。

關(guān)鍵詞：思茅；酸雨；頻率；后向軌跡；燒荒

中圖分類號(hào)：X517 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–0-03

酸雨污染會(huì)造成大量的間接或即時(shí)性的經(jīng)濟(jì)損失且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，如土壤質(zhì)量惡化、人畜健康受損等，酸雨污染已成為亟需解決的環(huán)境問題之一。我國(guó)南部與北部的酸雨強(qiáng)度有顯著的地帶差異，其中南方的污染更為明顯且更加嚴(yán)峻，這與南方土壤堿性物質(zhì)含量低、大氣中堿性和酸性物質(zhì)濃度比低于北方、氣象條件等綜合因素有關(guān)[1]。石春娥等[2]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江三角洲、華北等地的污染源對(duì)安徽酸雨的發(fā)展具有重要影響。張近揚(yáng)等[3]利用氣流路徑分類的方法探討了桂林市酸雨的源頭。

云南是我國(guó)煤炭資源大省，其產(chǎn)量位居全國(guó)第八，酸雨問題備受關(guān)注[4]。韋霞等[5]統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)思茅地區(qū)1993—2012年酸雨頻率達(dá)到46%。強(qiáng)酸雨頻率為10%，酸雨頻率出現(xiàn)2次先升后降的趨勢(shì)，這表明思茅地區(qū)酸雨在云南有著不同于其他地區(qū)的特殊性。向峰等[6]分析表明云南省“十二五”期間酸雨污染總體呈下降趨勢(shì)。徐麗霞等[7]對(duì)云南省主要城市酸雨污染特征及趨勢(shì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2016—2020年降水pH平均值呈逐年上升趨勢(shì)。為此，研究對(duì)思茅地區(qū)2016—2022年的酸雨和地面氣象資料進(jìn)行分析，為環(huán)境保護(hù)、政策制定等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

數(shù)據(jù)為思茅國(guó)家基本氣象觀測(cè)站（100°59′28E、22°48′58N，海拔1 416.2 m）2016—2022年酸雨及地面氣象資料。針對(duì)酸雨日測(cè)量結(jié)果，使用K-pH不等式方法進(jìn)行質(zhì)控，此方法可用于酸雨觀測(cè)站網(wǎng)的pH值和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)及數(shù)據(jù)質(zhì)量分析評(píng)估，具體見湯潔等[8]的文獻(xiàn)。

用于計(jì)算氣團(tuán)后向軌跡的三維格點(diǎn)資料數(shù)據(jù)源自美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Enviro- nmental Prediction，NCEP）的全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，水平分辨率為1°×1°，垂直方向分為1 000～10 hPa，一共分為17層，一日資料分為4個(gè)時(shí)次，即00：00、06：00、12：00、18：00。

1.2 研究方法

1.2.1 統(tǒng)計(jì)方法

按照中國(guó)氣象局酸雨觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范中規(guī)定的方法，通過降水量加權(quán)平均值計(jì)算年、季、月的降水酸雨pH值均值：

pH=-1 g［］（1）

式（1）中，第i次降水的pH酸堿度被表示為pHi，而降水量Vi則是其變化量。

計(jì)算酸雨頻率的方法如下：

F=×100%（2）

式（2）中，F(xiàn)代表計(jì)算時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)級(jí)別酸雨次數(shù)與總降水次數(shù)的比值，級(jí)別酸雨是指pH值小于5.6的降水。

1.2.2 后向軌跡分析

后向軌跡能較好地表示污染氣團(tuán)在到達(dá)目的地前經(jīng)過的地區(qū)，利用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局開發(fā)的軌跡模式HYSPLIT4.8模式，結(jié)合NCEP的全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)資料進(jìn)行分析[9]。以思茅區(qū)為中心，分析強(qiáng)酸雨日和特強(qiáng)酸雨日（pH值＜4.5）氣流后向軌跡，每日選取世界時(shí)00：00、06：00、12：00、18：00的氣流軌跡，進(jìn)行后向72 h的軌跡計(jì)算。并通過聚類分析方法對(duì)相似軌跡進(jìn)行分類，得到代表性氣團(tuán)軌跡來源，為保持與降水云團(tuán)高度基本一致，本模擬起始高度設(shè)定為

1 500 m。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸雨的年變化特征

對(duì)2016—2022年思茅地區(qū)降水pH年均值進(jìn)行質(zhì)控，采用氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按照式（1）和（2）計(jì)算得到逐年降水pH年均值（圖1）。2016—2022年降水pH年均值呈現(xiàn)整體增加的趨勢(shì)，表明酸雨情況逐漸好轉(zhuǎn)。其中，2021、2022年降水pH年均值均＞5.6，為非酸性降水。結(jié)合表1給出的2016—2022年酸雨頻率來看，年均酸雨頻率也呈現(xiàn)了整體下降趨勢(shì)，且與降水pH年均值變化趨勢(shì)基本一致。2020年降水pH年均值顯著下降至4.9，為較弱酸雨等級(jí)，且總酸雨頻率、弱酸雨頻率和強(qiáng)酸雨頻率升高，這可能與當(dāng)年氣候環(huán)境變化、能源消耗、其他偶發(fā)因素等原因有關(guān)。此外，從年降水量與降水pH年均值的關(guān)系來看，兩者不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，節(jié)能減排導(dǎo)致的污染排放減少，從而導(dǎo)致降水pH年均值上升，酸雨頻率整體下降。

2.2 酸雨的月變化特征

通過式（1）和（2）得到2016—2022年降水pH值的月變化特征，圖2為1—12月降水月均pH值和月均降水量分布特征。從月均降水與降水月均pH值的關(guān)系來看，整體呈現(xiàn)出夏季高、冬季低的特征，這可能與思茅地區(qū)夏季為降雨期、空氣擴(kuò)散條件較好有關(guān)，兩者均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而冬季能源消耗增加、大氣擴(kuò)散條件較差導(dǎo)致降水pH值下降，在2、4和11月降水pH值呈現(xiàn)弱酸雨，其中，2月最低，其他月份降水為較弱酸雨。此外，冬季思茅地區(qū)以西南風(fēng)為主，且該季節(jié)境外燒荒導(dǎo)致酸性降水增加，降水pH值下降，思茅地區(qū)距離邊境較近，更易受到境外燒荒污染影響。

從酸雨的月發(fā)生頻率來看（表2），易發(fā)生酸雨的月份為1、2、10月。其中，弱酸雨、強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨均易發(fā)生在2月，這與2月降水pH值最低、酸度最強(qiáng)的原因一致，主要是擴(kuò)散條件差、污染輸送、降水量偏少。2016—2022年平均頻率為48%左右，與韋霞等觀測(cè)到的1993—2012年的發(fā)生頻率基本一致（約46%）。結(jié)合表2可以看出，近兩年來酸雨頻率顯著下降到30%以下，但仍處于“酸雨多發(fā)”的等級(jí)。

2.3 風(fēng)對(duì)思茅酸雨的影響

風(fēng)是影響酸雨形成的重要因素，風(fēng)向決定著大氣中污染物的輸送方法，圖3a為2016—2022年思茅地區(qū)的風(fēng)玫瑰圖，由圖3可見思茅地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾W的風(fēng)，該方向距離邊境較近。尤其緬甸處于思茅地區(qū)西南100余km外，而風(fēng)玫瑰的ESE-S-W扇區(qū)外（100～200 km外）為緬甸，存在燒荒、垃圾焚燒等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)思茅地區(qū)產(chǎn)生影響。圖3b為2016—2022年思茅地區(qū)不同風(fēng)向下的酸雨頻率。酸雨頻率最高的為靜風(fēng)，高達(dá)75%，E-ESE-SE-SSE來向的風(fēng)、SSW-SW-WSW-W來向風(fēng)導(dǎo)致的酸雨頻率較高，這可能由于思茅距離邊境較近，易受到境外老撾、緬甸、越南等國(guó)家垃圾焚燒、開荒等影響，從而導(dǎo)致即使在靜風(fēng)條件下的酸雨頻率也較高，在上述風(fēng)向扇區(qū)內(nèi)，境外春種燒荒等導(dǎo)致的酸雨頻率升高。

2.4 氣流后向軌跡分析

為進(jìn)一步分析思茅地區(qū)降水pH值受到境外燒荒等因素的影響情況，選取降水pH值＜4.5的降水日進(jìn)行氣團(tuán)來源的軌跡分析。以思茅地區(qū)1 500 m高度為起始高度，采用HYSPLIT模式，GDAS資料計(jì)算世界時(shí)00：00、06：00、12：00、18：00的后向72 h氣流來向，總計(jì)獲得32條軌跡，經(jīng)過聚類后獲得5條軌跡（圖4和表3）。強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨均來自偏東、偏南和偏西方向，其中，偏西方向來源占比最大，為40.63%，說明來自緬甸等地區(qū)的氣團(tuán)導(dǎo)致強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨的比例較高。結(jié)合表3可知，來自該方向的氣團(tuán)降水pH值為4.10。其次為2號(hào)軌跡，該軌跡占比為18.75%，但對(duì)應(yīng)的pH值最低為2.50。該氣團(tuán)來向?yàn)闁|南方向，經(jīng)過越南和云南省內(nèi)，且軌跡較短，說明思茅附近區(qū)域短距離輸送的氣團(tuán)容易引起特強(qiáng)酸雨，3號(hào)軌跡占比15.63%，仍為短距離輸送為主。2號(hào)和3號(hào)短距離軌跡總計(jì)占比34.38%，這也說明了靜風(fēng)條件下酸雨頻率最高的原因。4號(hào)氣團(tuán)對(duì)應(yīng)的占比為12.50%。該氣團(tuán)軌跡均為2018年7月20日降水來向的氣團(tuán)，對(duì)應(yīng)的降水pH值為4.35，該氣團(tuán)途經(jīng)我國(guó)廣西中西部、越南北部、云南東部。5號(hào)軌跡對(duì)應(yīng)的氣團(tuán)來向?yàn)槔蠐氲鹊貐^(qū)，占比12.50%，對(duì)應(yīng)的pH值為4.02。其軌跡與3號(hào)軌跡方向基本一致，但距離更遠(yuǎn)，表明較長(zhǎng)距離的偏南氣流也可導(dǎo)致思茅地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)酸雨。

3 結(jié)論

（1）思茅地區(qū)從2016—2022年酸雨發(fā)生頻率總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，降水pH值呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì)，表明該地區(qū)酸雨情況正在逐步好轉(zhuǎn)。

（2）思茅地區(qū)酸雨頻率冬季高、夏季低，酸雨的月均pH值與酸雨頻率相反，呈現(xiàn)夏季高、冬季低的特征，與該地區(qū)降水的分布特征基本一致。

（3）思茅地區(qū)酸雨頻率受到風(fēng)向的明顯影響，靜風(fēng)條件下最易發(fā)生酸雨，E-ESE-SE-SSE、SSW-SW-WSW-W兩個(gè)扇區(qū)來向風(fēng)導(dǎo)致的酸雨頻率最高，該來向的境外燒荒等污染因素是導(dǎo)致思茅地區(qū)酸雨污染的主要原因。

（4）72 h后向軌跡分析進(jìn)一步表明，思茅地區(qū)強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨的主要?dú)饬鱽硐驗(yàn)榫挼椤⒃侥?、老撾等地區(qū)。短距離輸送是導(dǎo)致思茅地區(qū)靜風(fēng)條件下酸雨頻率偏高的原因之一。

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