承德市酸雨變化特征及影響因素分析

張建業(yè)　吳萍萍　王曉楠　賈碩

摘要：利用承德地區(qū)2012—2018年圍場國家基本氣象站、豐寧國家基本氣象站、承德市國家基本氣象站酸雨觀測資料和其他氣象資料進行分析，結(jié)果表明：承德地區(qū)屬于非酸雨區(qū)，多年平均降水pH值為6.2，酸雨發(fā)生頻率為17%。2012—2018年，承德地區(qū)酸雨發(fā)生頻率呈現(xiàn)遞減趨勢，pH值呈現(xiàn)升高趨勢，受酸雨影響最多年份為2012年。酸雨變化特征與氣溫、風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素及當?shù)氐牡匦蔚孛?、污染源等有密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：酸雨;承德;pH值;氣象要素

中圖分類號：S161

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215039

收稿日期：2019-11-26

作者簡介：張建業(yè)（1989-），男，本科，助理工程師。研究方向：氣象觀測與服務(wù)。

引言

以國家標準GB/T19117-2003《酸雨觀測規(guī)范》為依據(jù)，將pH值在5.6以下的大氣降水定義為酸雨。大氣降水主要包括雨、雪、雹等多種形式。在發(fā)生降水天氣過程中，受到多種污染氣體、懸浮顆粒物可溶成分、二氧化碳等多種因素的影響，降水pH值往往會發(fā)生明顯變化。因此，使用降水pH值不僅能夠表現(xiàn)出自然降水的特征，還能有效地反映出人類活動對降水的影響[1]。按照日降水pH值劃分酸雨等級：pH≥5.6為非酸雨;4.5≤pH<5.6為弱酸雨;pH<4.5為強酸雨。通常情況下，大氣降水的導(dǎo)電能力使用電導(dǎo)率進行度量，并以此來反映大氣降水的潔凈程度。通過電導(dǎo)測量池中待測溶液的電流密度與在其上部施加的電場強度的比值被稱為大氣降水的電導(dǎo)率。大氣中的污染氣體以及懸浮顆粒物可溶成分進入降水后，都會使電導(dǎo)率值增加。

據(jù)統(tǒng)計[2]，自2010年起，酸雨污染主要受氮氧化物排放量影響，隨氮氧化物排放量逐年進入下降趨勢，近年來我國酸雨污染的持續(xù)改善均有顯著的貢獻。承德市作為京津冀地區(qū)的重要組成部分，其酸雨問題備受關(guān)注。承德站、圍場站、豐寧站承擔承德市酸雨觀測任務(wù)的3個臺站，代表了承德市的氣象狀況。自2012年1月1日開始，3個臺站同時承擔酸雨觀測任務(wù)，開始對降水pH值和電導(dǎo)率K進行長期觀測。本文通過統(tǒng)計與分析2012—2018年承德市氣象部門3個臺站的酸雨觀測資料，針對該地區(qū)酸雨的時空變化特征及其與氣象要素之間的關(guān)系進行分析，為承德地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理、區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供強有力的科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文選取資料為2012—2018年承德地區(qū)3個酸雨觀測站，即承德市氣象站、圍場氣象站、豐寧氣象站的酸雨觀測日數(shù)據(jù)，以及各測站降水量、10分鐘風(fēng)向、風(fēng)速等自動觀測氣象資料。

1.2 統(tǒng)計方法

按照2個指標來評定酸雨。pH值：年平均降水pH值是否<5.6。酸雨頻率F：按照QX/T372-2017《酸雨和酸雨區(qū)等級》的規(guī)定，劃分酸雨頻率的等級為F≤5.0%為酸雨偶發(fā);5.0%80.0%為酸雨高發(fā)。

通常情況下，使用1a出現(xiàn)酸雨的降水次數(shù)與全年降水次數(shù)之間的比值對酸雨頻率進行統(tǒng)計。某地區(qū)酸雨頻率越高，表明該地區(qū)受酸雨污染影響越嚴重。通常使用雨量加權(quán)法計算降水的pH值，使用相關(guān)儀器設(shè)備測量每次降水過程的pH值，并將其換算為氫離子濃度。之后再按照雨量對氫離子濃度進行加權(quán)以獲取氫離子濃度的平均值，其負對數(shù)即為降水pH的平均值?？梢允褂靡韵鹿絹肀硎荆?/p>

2 承德地區(qū)酸雨測量結(jié)果分析

2.1 酸雨變化趨勢

2012—2018年承德市降水年平均pH值區(qū)間在5.72～6.84，達到偏中性標準。與南方地區(qū)城市相比[2]，承德市降水酸性小，受酸雨污染小。近7a來，承德市降水pH值總體呈現(xiàn)升高趨勢，降水pH最小值和酸雨最大發(fā)生頻率均出現(xiàn)在2012年。隨后除2016年酸雨發(fā)生頻率略升高外，呈逐年降低趨勢。2012—2018年酸雨發(fā)生頻率均低于50%。

2.2 酸雨空間變化特征

由表1可知，2012—2018年承德地區(qū)除豐寧2012年年平均pH值<5.60外，其余各站各年份平均pH值均>5.60，pH值在2016年存在1個低值，其余逐年呈增大趨勢。由表2可知，2012—2018年承德各地區(qū)酸雨發(fā)生頻率逐年降低，圍場受酸雨污染影響最小，豐寧受酸雨污染影響最大。綜合可見，可見承德地區(qū)受酸雨污染影響較小，而且逐年呈改善趨勢。

3 討論

酸雨是大氣物理與化學(xué)過程的綜合反應(yīng)，同時也是人為、自然等多種因素綜合作用與影響的結(jié)果。就酸雨的形成機制而言，大量致酸前提物的排放是形成酸雨的根本原因。大氣中的二氧化硫和氮氧化物等經(jīng)過氧化一旦遇水就會形成硝酸、硫酸、亞硝酸等多種酸性化合物，使降水樣品的pH值明顯降低，與此同時降水的酸性卻顯著增加。而大氣當中含有的堿性顆粒物、堿性氣體等物體也會顯著影響到降水pH值，導(dǎo)致pH值增加，同時降水的酸性有所減弱。進入降水之后，酸性物質(zhì)往往會經(jīng)過云中淋洗與云下沖刷2個過程。就致酸前體物而言，受到地形地貌及氣象條件的影響，再經(jīng)過云下致酸作用極易生成酸性物質(zhì)，進而對當?shù)卦斐梢欢ǖ乃嵊晡廴綶3]。

承德市受酸雨污染較小，與承德地區(qū)以農(nóng)業(yè)作為經(jīng)濟主體密不可分，工業(yè)、建筑業(yè)作為次要經(jīng)濟對承德地區(qū)環(huán)境污染影響較小。承德市酸雨發(fā)生頻率比南方低，主要是由于北方土壤多為堿性，能夠中和降水當中存在的酸性成分[4]。2012—2018年承德市降水的年平均pH值呈現(xiàn)出一定的增加趨勢，而年酸雨發(fā)生頻率隨著年份的遞增而有所降低，表明隨著年份的遞增，承德市酸雨狀況逐年改善。

通過分析發(fā)現(xiàn)，四季之中，冬、春、秋季酸雨發(fā)生頻率低于夏季，這主要是因為夏季氣溫高、濕度大、風(fēng)力小，加之陽光和水蒸氣濃度容易使二氧化硫遇降水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫酸進而沉降在部分地區(qū)。另外，風(fēng)速也會對酸雨產(chǎn)生一定程度的影響，風(fēng)速既能夠?qū)Υ髿馕廴疚飻U散速度起到?jīng)Q定性作用，又能表現(xiàn)出受上游污染源的污染程度。當致酸污染物的輸出量大于輸入量時，風(fēng)速在有效降低降水酸度等方面發(fā)揮著重要的緩沖作用[5]。

各個地區(qū)酸雨特征存在著一定程度的差異，且酸雨的形成原因復(fù)雜多樣，不僅受到當?shù)仫L(fēng)向風(fēng)速、溫度等多種氣象條件的影響，還與該地區(qū)的污染源、地形地貌等因素密切相關(guān)。承德地處東北與華北之間的過渡地帶，地勢呈現(xiàn)出由西北向東南逐漸傾斜的變化趨勢。承德市南北氣候表現(xiàn)出顯著差異，并呈現(xiàn)出立體分布特征，導(dǎo)致該地區(qū)氣候復(fù)雜多樣。因晝夜溫差大、降水量小，春秋季易出現(xiàn)揚塵天氣;該地區(qū)風(fēng)速要大于平原地區(qū)，且具有良好的自然通風(fēng)條件。承德市特殊的氣候與地形條件為輸送、擴散與稀釋大氣污染物創(chuàng)造了有利條件。只要始終保持對環(huán)境治理的高度重視，從源頭控制，就能更好的改善承德地區(qū)的酸雨污染。

參考文獻

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[2] 中國氣象局.酸雨觀測年報[M].北京：中國氣象局氣象探測中心，2018.

[3] 張勇.重慶市“十五”期間酸雨污染特征及成因分析[J].西南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，29（4）：164-168.

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[5] 吳德輝，李白良，林長城，等.閩西北邵武市酸雨分布特征及其與氣象條件的關(guān)系[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2009，22（4）：33-36.

（責(zé)任編輯 賈燦）