2007～2013年丹東地區(qū)酸雨特征及成因分析

王若男 馬鑫 李美竹 王文武 邢鈞

摘要 根據丹東2007～2013年的酸雨監(jiān)測資料，對近年來該地區(qū)酸雨的時空分布特征進行了總結與分析，研究了不同氣象條件對降水酸度的影響，分析了酸雨形成的原因。結果表明，丹東降水酸度呈波動性變化;2007～2013年降水平均pH年平均范圍為4.82～5.51，pH均小于5.60，且自2008年以來，呈現波動下降的趨勢;pH有明顯的季節(jié)變化，以夏季酸度為最強、秋季為最弱;出現頻率以秋季最高，為43.3%，春季最低，為30.1%。丹東酸雨的形成是該地區(qū)的自然和人為因素共同作用的結果，氣象條件的變化對降水酸度影響相當明顯，丹東市當地地形、工業(yè)布局和外來源也為酸雨形成做出了較大貢獻。

關鍵詞 丹東;降水pH;酸雨頻率;氣象要素;影響因素

中圖分類號 S161.6 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）33-11911-03

Acid Rain Features and Cause Analysis in Dandong Region during 2007-2013

WANG Ruo-nan， MA Xin， LI Mei-zhu et al （Dandong Meteorological Bureau， Dandong， Liaoning 118000）

Abstract According to acid rain monitoring data in Dandong from 2007 to 2013， the spatial and temporal distribution features of acid rain in the region in recent years were summarized and analyzed， the influence of different meteorological conditions on precipitation acidity were studied， the formation causes of acid rain were analyzed. The result indicates that the Dandong precipitation acidity changes in volatility. Average annual precipitation in 2007-2013 average pH value range of 4.82-4.82， the pH value is less than 5.60， and since 2008， falling volatility trends;

obvious seasonal change， pH value in the summer acidity is the strongest， autumn is the weakest; frequency as high as 43.3% to fall， and the lowest in spring as 30.1%. In Dandong， the formation of acid rain is the result of natural and human factors， the effect of the change of weather conditions on precipitation acidity is quite obvious， the local topography， industrial layout and source is also made a bigger contribution for the formation of acid rain.

Key words Dandong; Precipitation; pH value; Acid rain frequency; Meteorological elements; Impact factors

作者簡介 王若男（1987- ），女，遼寧沈陽人，助理工程師，從事綜合氣象觀測研究。

收稿日期 2014-10-20

酸雨是指pH<5.6的大氣降水[1]。酸雨的形成是大氣中發(fā)生的錯綜復雜的物理和化學過程，其主要因素是SO2和NOX在大氣或水滴中轉化為硫酸和硝酸所致[2]。我國自1979年開始進行降水酸度監(jiān)測[3]，盡管對酸雨研究的起步較歐洲和北美等國家略晚，但隨著“七五”西南地區(qū)酸雨研究、“八五”我國酸沉降及其生態(tài)環(huán)境影響研究等各類科研項目的先后開展，目前在酸雨的分布規(guī)律、影響因素及控制對策等方面取得了大量的成果[4]。

目前全國酸雨污染狀況總體保持穩(wěn)定，其中135個城市屬酸雨城市，占全部城市的29.6%;77個城市降水pH均值低于5.0，屬較重酸雨城市，占16.9%;23個城市降水pH均值低于4.5，屬重酸雨城市，占5.0%。酸雨主要分布在長江沿線及以南-青藏高原以東地區(qū)，主要包括浙江、江西、福建、湖南、重慶等?。ㄊ校5]。近年來，在北方酸雨區(qū)范圍逐漸向北擴展的背景下[6]，通過監(jiān)測發(fā)現，包括遼寧省在內的東北地區(qū)降水酸度逐年增強，而丹東市由于酸雨頻發(fā)也成為了遼寧省酸雨的多發(fā)區(qū)[7-8]。筆者對2007～2013年丹東地區(qū)酸雨監(jiān)測站的測量數據進行了統計分析，探討丹東地區(qū)酸雨特征和形成原因。

1 資料與方法

1.1 資料來源 丹東市酸雨觀測站位于浪頭國家基本氣象站，為國家級酸雨觀測站。丹東地區(qū)氣候為暖溫帶大陸性季風氣候， 歷年平均年降水量為 864.7～1 077.6 mm，主要集中在夏季。從2006年開始進行酸雨連續(xù)觀測。選用2007年1月～2013年12月的監(jiān)測數據，是按照中國氣象局于2006年1月發(fā)布的《酸雨觀測業(yè)務規(guī)范》獲得的，測量所用儀器設備為上海精密科學儀器有限公司生產的PHS-3B型pH計和DDS-307型電導率儀，其中電導電極為DJS-1C型、測溫探頭為T-818-A6型。為了反映不同氣象條件的變化情況，選擇風向、風速、云狀和天氣現象等氣象因子進行相關表征。在此所應用的記錄數據是2007年1月～2013年12月的地面氣象月數據文件。

1.2 分析方法

年均降水pH采用氫離子濃度[H+]-降水量加權法，即將每日降水pH換算成氫離子濃度后，乘上相應的日降水量，求和，再除以年內總降水量，得平均氫離子濃度，再取負對數，即為年均降水pH[9]。酸雨出現頻率（F）取降水pH<5.6的次數，除以當年pH觀測的總次數，即得到酸雨發(fā)生的頻率[9]。按降水的pH大小，劃分酸雨強度等級為非酸雨、弱酸雨、強酸雨，其日降水pH分別為pH≥5.6、4.5≤pH<5.6、pH<4.5。按照年（季、月）酸雨頻率，劃分酸雨頻率等級為酸雨偶發(fā)、少發(fā)、多發(fā)、頻發(fā)、高發(fā)，其對應的酸雨頻率分別為F≤5%、580%。

2 結果與分析

2.1 丹東地區(qū)降水的pH變化 統計丹東地區(qū)2007～2013年酸雨資料（圖1）發(fā)現，2007～2013丹東地區(qū)酸雨降水年平均pH均低于5.6，達到酸雨標準?？梢娊陙淼|地區(qū)降水酸度變化相對穩(wěn)定;pH年平均最低值出現在2007年，為4.8，最高值出現在2008年，為5.5，均達到輕酸雨區(qū)標準;自2008以來，降水pH呈逐年波動下降趨勢，可見丹東地區(qū)降水酸化有加重的趨勢。2007～2013年丹東酸雨頻率平均值為36.1%，出現酸雨共246次，總體形勢可分為3個階段：①2007～2008年，酸雨污染減輕，降水pH由2007年的4.82上升至2008年的5.51，同時酸雨頻率由2007年的47.9%下降至2008年的19.7%。2008年為近年來酸雨污染最輕的一年。②2008～2011年，降水pH雖呈現平穩(wěn)變化，但總體呈下降趨勢;酸雨頻率也呈上升趨勢。③2011～2013年，酸雨污染加重，降水pH由2011年的5.29下降至2013年的5.00，而酸雨頻率也由2011年的29.2%上升至41.8%。

參考張新民等的研究[10]，2007年全國平均酸雨日數為1993年有系統觀測數據以來的最高值，遼寧省降水大部分地區(qū)呈中性，酸雨主要分布在大連、丹東和阜新3個地區(qū)。洪也等從我國酸雨與區(qū)域SO2排放量的變化一致性，以及大氣成分區(qū)域本地站降水中SO2-4和NO-3濃度上升的事實來看，酸雨污染主要來自源于工業(yè)SO2和NOX等酸性物質的排放[11]。

圖1 2007～2013年丹東地區(qū)降水平均pH、酸雨發(fā)生頻率年變化

2.2 丹東地區(qū)酸雨的月變化 從丹東市逐月降水平均pH與酸雨頻率的變化曲線（圖2）可以看出，2007～2013年丹東地區(qū)降水pH平均值最高出現在3和4月，均為5.47;次值出現在9月，為5.46;最低平均值出現在5月，為4.84;從整體上看，逐月降水pH平均值呈現為兩峰一谷的波動形態(tài)。丹東地區(qū)1～12月均有酸雨現象出現，且酸性降水的出現頻率有明顯的月變化;4月的酸雨頻率最低，為19.0%;10月的酸雨頻率最高，為51.2%，11月次之，為47.7%;10月為全年最易出現酸雨的月份;5～8月酸性降水頻率變化平緩。

圖2 2007～2013年丹東地區(qū)降水平均pH與酸雨頻率月變化

2.3 丹東地區(qū)酸雨的季節(jié)變化 由2007～2013年丹東市降水pH和酸雨頻率季節(jié)變化（圖3）可見，丹東地區(qū)的酸雨季節(jié)性變化規(guī)律比較明顯，夏、冬兩季降水pH的季平均低，降水酸性較強，分別為5.10和5.11;春、秋兩季降水pH的季平均相對偏高，分別為5.26和5.29;近年來丹東地區(qū)酸雨頻率秋季最高，占當季的43.3%;夏季次之，占當季的37.3%;春、冬季分別占當季的30.1%、32.6%，說明2007～2013年丹東市全年酸雨頻率呈現出從春季開始上升，經過夏季持續(xù)上升，在秋季達到頻率最大，之后開始緩慢下降至冬季的循環(huán)趨勢。參考王文興等的研究[12]發(fā)現，我國東部和東南部沿海地區(qū)的酸雨來源比較復雜。冬、春季不僅受西部大陸的影響，也受日本和韓國的影響;北部沿海地區(qū)至丹東一帶，全年降水和酸雨均集中在夏季，而夏季盛行東南風，因而來自朝鮮半島和日本的區(qū)域輸送也是造成酸雨加重的主要原因。

圖3 2007～2013年丹東地區(qū)降水pH和酸雨頻率季節(jié)變化

2.4 酸雨與氣象要素的關系

2.4.1 與風的相關分析。由2007～2013年丹東地區(qū)酸雨出現的風玫瑰統計圖及降水pH（圖4）可見，來自偏東北方向的風更容易形成酸雨，且酸性較強。這主要是受本溪、沈陽、撫順和鞍山的影響，它們排放的SO2會對丹東酸雨做出貢獻。同時，位于酸雨監(jiān)測站北方的電廠排污也會增加北風中的酸性物濃度[8]。

圖4 2007～2013年丹東地區(qū)酸雨出現時的風玫瑰統計圖及降水pH

2.4.2 與降水量的相關分析。

統計2007～2013年丹東地區(qū)日降水量與降水酸度和出現酸雨頻率，其中日降水量p<1.0 mm，棄樣不測;p>110 mm，數據僅有2 d，屬罕見值，不具代表性，故未計入統計。由表1可見，以每日（08：00～次日08：00）不同降水量劃分統計出的酸性降水結果也呈現一定規(guī)律性。pH平均值隨著日降水量的增長，呈現“U”型變化，但曲率較小;酸雨出現的頻率則是隨著降水量增大反而減小?？梢娭械攘考壍挠炅孔钜滓l(fā)酸性較強的酸雨，降水少易于多發(fā)酸性降水。

表1 2007～2013年丹東地區(qū)日降水量與降水酸度和出現酸雨的頻率

2.5 酸雨成因分析

2.5.1 當地酸性氣體的排放。丹東市當地向大氣排放SO2污染物主要是通過工廠的低煙囪點源和居民燃煤采暖的面源2個途徑。一方面，隨著近年來丹東地區(qū)經濟建設的迅速發(fā)展，工業(yè)布局較2007年之前密集程度有一定提高，從而SO2的工業(yè)排放量也隨之緩慢上升，酸雨測站監(jiān)測到的降水pH變化穩(wěn)中有降，降水酸度增強，酸雨頻率提高;另一方面，從近年來酸雨出現的頻率可以看出11月頻率值為47.7%，屬于全年酸雨高發(fā)月份，而11月正是遼寧地區(qū)供暖初期。總的來說，丹東市當地酸性氣體的排放對形成酸雨的貢獻相對不大。

2.5.2 區(qū)域輸入。丹東地處中朝邊境，除冬季外，其他季節(jié)海陸風轉換明顯，非供暖造成的酸性降水主要集中在夏季，而夏季又盛行東南風，因此丹東地區(qū)區(qū)域輸入是形成酸雨的主要因素。來自東南和西南的氣流形成的降水酸度較強，酸雨頻率高，污染嚴重。根據王日東等的研究表明，在雨季5～8月，日本、朝鮮和韓國等境外排放對丹東市和周邊地區(qū)硫酸鹽濕沉降的貢獻率在7%～10%，硝酸鹽為22%～25%，銨鹽為8%左右[13]。

2.5.3 地形特征及氣候條件。丹東地區(qū)位于遼寧省東南部、鴨綠江西岸，北依長白山，南臨黃海，東隔鴨綠江與朝鮮民主主義共和國相望。地勢由東北向西南逐漸降低，可劃分為北部中低山區(qū)、南部丘陵區(qū)、南緣沿海平原區(qū)3類規(guī)模較大的地貌單元，這種地形分布對于境外輸入的空氣污染物的稀釋與擴散較為不利。丹東市平均年降水量在864.7～1 077.6 mm，其中2/3的降水集中在夏季，而前文通過風向、風速與降水分析可見，以四季劃分，近年來丹東地區(qū)夏季降水酸性最強。夏季的主導風向為南風和南偏東風，正成為東南鄰國酸性物輸入的氣流載體。

3 結論與討論

（1）近7年來，丹東地區(qū)年降水平均值持續(xù)低于5.6，酸雨發(fā)生頻率平均值為36.1%，酸雨情況總體呈波動增強趨勢。降水酸度和酸雨頻率有明顯的月、季變化。夏季酸性最強，秋季頻率最高。10月為全年最易出現酸雨的月份。

（2）風向和風速與降水對酸雨的形成有一定影響。丹東地區(qū)來自偏東北方向的風更容易形成酸雨，且酸性較強。這主要是受本溪、沈陽、撫順和鞍山的影響，它們排放的SO2會對丹東酸雨做出貢獻?？梢娭械攘考壍挠炅孔钜滓l(fā)酸性較強的酸雨，降水少易于多發(fā)酸性降水。

（3）從成因來看，丹東地區(qū)當地排放到大氣中的SO2和NOX等酸性物質并不是造成當地酸雨生成的主要因素。對降水酸化貢獻最大的途徑為區(qū)域輸入，主要表現在來自日本海西北部地區(qū)經朝鮮半島北上的軌跡通過氣流輸送酸性物質。地形特征和氣候條件也對酸雨的形成有所貢獻。

參考文獻

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