酸雨研究歷史的現(xiàn)狀及進(jìn)展淺析

摘 要：酸雨即酸性沉降，通常是指pH值低于5.6的雨水、露、雪、霧等大氣降水。隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及民用生活等社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的不斷發(fā)展，酸雨已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅世界環(huán)境的諸多重大問題之一。該文介紹了酸雨的研究歷史，國(guó)內(nèi)外酸雨的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取以及多樣的研究方法和方向等。

關(guān)鍵詞：酸雨 現(xiàn)狀 進(jìn)展 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 研究方法

中圖分類號(hào)：X517 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0173-02

1 酸雨的概念和酸雨研究歷史

1.1 酸雨概念

酸雨即酸性沉降，通常是指pH值低于5.6的雨水、露、雪、霧等大氣降水。酸雨的形成除了森林火災(zāi)、火山爆發(fā)、生物分解等自然因素，更主要是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、民用生活等人類活動(dòng)向大氣排放酸性物質(zhì)導(dǎo)致的降水酸化造成的。一般把大氣降水的pH值分別按照小于4.7、介于4.7和5.6之間、大于5.6劃分為強(qiáng)酸雨、弱酸雨、正常三個(gè)等級(jí)。

1.2 酸雨研究歷史

1872年，英國(guó)化學(xué)家R.A.Smith通過分析降水帶酸性，率先在他的著作《空氣和降雨：化學(xué)氣候?qū)W的開端》一書中提出“酸雨”這個(gè)名詞。20世紀(jì)40年代，歐洲已經(jīng)開始對(duì)酸雨帶來(lái)的環(huán)境危害問題進(jìn)行研究分析。之后，酸雨逐漸擴(kuò)展到北美和亞洲，進(jìn)而成為全球性的環(huán)境問題。1972年，在聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議上，酸雨作為國(guó)際性環(huán)境問題首次被提出。1979年，在聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的環(huán)境部長(zhǎng)會(huì)議上，包括加拿大和美國(guó)在內(nèi)的30多個(gè)國(guó)家，簽署了《控制長(zhǎng)距離跨國(guó)大氣污染公約》（LRTAP）。歐美各國(guó)在簽訂一系列協(xié)議的同時(shí)，也在加大落實(shí)對(duì)酸雨問題的研究控制工作，紛紛制定了諸多適合本國(guó)國(guó)情的具體措施來(lái)減少酸雨的產(chǎn)生，比如：控制硫排放、控制氮氧化物排放、建立酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)站監(jiān)測(cè)酸雨頻率和強(qiáng)度等，使得控制酸雨方面的研究治理發(fā)展迅速。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)在全國(guó)開展了大規(guī)模的酸雨調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作，酸雨觀測(cè)列入了氣象臺(tái)觀測(cè)項(xiàng)目。1990年，國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)委員會(huì)通過了《關(guān)于控制酸雨發(fā)展的意見》，提出了在酸雨監(jiān)測(cè)、二氧化硫控制等多方面的研究工作。2000年，全國(guó)人大常委會(huì)通過了新修訂的《大氣污染防治法》，提出了劃定酸雨控制區(qū)或二氧化硫污染控制區(qū)（兩控區(qū)）。隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展，華中酸雨區(qū)現(xiàn)已成為全國(guó)酸雨最嚴(yán)重的地區(qū)之一，其中心區(qū)年降水pH值均低于4.0，酸雨頻率高于90%。

2 酸雨研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

隨著酸雨污染研究的發(fā)展，酸雨的影響因素問題得到日益關(guān)注，眾多國(guó)家和地區(qū)的政府以及科研機(jī)構(gòu)逐步加大對(duì)酸雨問題的資金投入和研究分析。目前，歐美科學(xué)家除了持續(xù)研究降水的化學(xué)成分分析，還利用穩(wěn)定狀態(tài)質(zhì)量平衡法、動(dòng)態(tài)酸化模型法以及基于土壤礦物風(fēng)化速率的半定量法等方法來(lái)估算各種系統(tǒng)酸沉降臨界負(fù)荷，并不斷開發(fā)新的酸沉降模型（如：RAINS模型、EMEP拉格朗日軌跡模型等）來(lái)模擬大氣中酸性污染物的沉降以及污染物的輸送計(jì)算。與此同時(shí)，野外觀測(cè)場(chǎng)地實(shí)地觀測(cè)結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)，利用酸沉降模型模擬NOx在空氣中的氧化反應(yīng)等方法得到大量運(yùn)用，大氣中NOx的模擬控制以及NOx對(duì)酸沉降形成所起的作用也越來(lái)越受到眾多學(xué)者的關(guān)注。

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活所排放的污染物量急劇增加，我國(guó)的酸雨污染也越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)各地的酸雨?duì)顩r也進(jìn)行了大量的科學(xué)研究。降水的化學(xué)組成分析、酸性污染物長(zhǎng)距離傳輸和擴(kuò)散、酸沉降臨界負(fù)荷等研究方法也得到眾多學(xué)者的研究和利用。

2.1 酸雨基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方面。觀測(cè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于所要研究地區(qū)或區(qū)域的氣象觀測(cè)臺(tái)站。根據(jù)研究范圍的不同，資料取自單站、多站以及自設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等并均經(jīng)過質(zhì)量控制。孫根厚等選用1992—2010年泰山觀測(cè)站1215組降水pH值和K值的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整率為97.0%；張明明等研究華東地區(qū)酸雨特征，所利用的酸雨資料來(lái)源于中國(guó)氣象局建立的監(jiān)測(cè)區(qū)域大氣酸沉降的業(yè)務(wù)站網(wǎng)，主要包括華東地區(qū)各站點(diǎn)的降水pH值、電導(dǎo)率以及化學(xué)成分等數(shù)據(jù)。在獲取酸雨數(shù)據(jù)的同時(shí)，也通過國(guó)家氣象信息中心管理維護(hù)的氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)得到相關(guān)的地面氣象數(shù)據(jù)資料；劉彥廣等為研究合山市酸雨時(shí)空分布根據(jù)人口分布和區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)自設(shè)了數(shù)個(gè)降水監(jiān)測(cè)點(diǎn)收集雨水樣品；以及張青新在使用常規(guī)資料的同時(shí)也采用了美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）的全球再分析資料等用于氣流軌跡分析和聚類。

2.2 酸雨研究方法和方向

研究方法方面。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者針對(duì)各地區(qū)或區(qū)域的酸雨?duì)顩r采用了多樣化、多角度的分析研究，既有從環(huán)境因子也有從氣象因子等不同因子對(duì)酸雨的影響，如：時(shí)空分布、時(shí)間分布（年、月、季）、酸雨強(qiáng)度、酸雨頻率、酸雨與氣象條件相關(guān)性分析（風(fēng)速、風(fēng)向、霧、降水）、離子組分等。石惠蘭等分別從酸雨月變化、酸雨與氣象條件的相關(guān)方面進(jìn)行分析研究，探討風(fēng)向風(fēng)速、溫濕度、氣壓、霧等氣象影響因子和天氣現(xiàn)象與降雨pH值、酸雨頻率的相關(guān)方向以及相關(guān)程度，最終區(qū)分不同影響因子和天氣現(xiàn)象與酸雨各數(shù)據(jù)的正、負(fù)相關(guān)情況；吳建明等利用江西省氣象部門12個(gè)酸雨監(jiān)測(cè)站2007—2011年的觀測(cè)資料，分析了江西省酸雨的時(shí)空分布特征得出近年來(lái)江西省酸雨污染總體上有緩和趨勢(shì)。降雨pH值和酸雨頻率均有明顯的季節(jié)變化特征，夏半年酸雨污染較輕，其中8月的污染最輕；冬半年酸雨污染較重，其中1月的污染最為嚴(yán)重；林武等結(jié)合攀枝花市2006—2011年降水監(jiān)測(cè)資料，對(duì)攀枝花市降水酸度變化及離子組分特征進(jìn)行了分析得出攀枝花降水中主要的陰離子是SO42-，主要的陽(yáng)離子是Ca2+和NH4+，降水中SO42-/NO3-的比值呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，降水酸度與可吸入顆粒物的關(guān)聯(lián)度最高，其次是降塵和硫酸鹽化速率；張運(yùn)洲等統(tǒng)計(jì)分析了十堰市酸雨與氣象條件的關(guān)系，通過對(duì)十堰地區(qū)的數(shù)次酸雨產(chǎn)生過程及其對(duì)應(yīng)的降雨強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、對(duì)流云團(tuán)或單體對(duì)流云塊等因素的分析研究，得出不同風(fēng)向或者對(duì)流云團(tuán)對(duì)酸雨的頻率和強(qiáng)度均影響密切。

在研究酸雨常規(guī)數(shù)據(jù)的同時(shí)，也有學(xué)者從天氣系統(tǒng)、遙感監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬等角度來(lái)分析酸雨成因以及典型酸雨過程。生態(tài)農(nóng)業(yè)方面，酸雨對(duì)植物和作物的影響也是研究的方向之一。張青新為了分析丹東市酸雨形成的原因，從該市的降雨來(lái)源、大氣氣流等多方面考慮，通過采用后向氣流軌跡模型（HYSPLIT Trajectory Model）配置模型參數(shù)和模型輸出參數(shù)得出模擬結(jié)果，然后再對(duì)結(jié)果進(jìn)行聚類分析；孫仲毅等利用大氣熱狀態(tài)及其熱力過程相關(guān)物理量來(lái)研究太行山局部地區(qū)的酸雨影響，得出不同強(qiáng)度的酸雨過程相對(duì)應(yīng)的大氣氣流運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而分析不同方向的氣流運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的污染物擴(kuò)散狀況；樊琦等采用MM5中尺度氣象模式對(duì)湖南衡山2009年3月22～24日一次典型酸雨過程的氣象條件進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬研究，模式模擬的降水場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、邊界層結(jié)構(gòu)與酸雨實(shí)測(cè)、實(shí)際天氣圖、地面站觀測(cè)記錄的對(duì)比表明，模式模擬的變化趨勢(shì)與實(shí)況非常一致。研究表明，與廣東春季典型的酸雨過程相比，衡山春季北面冷空氣的入侵過程受地形作用明顯，低層流場(chǎng)受北風(fēng)影響較快，中高層較晚；郭凱等以木荷為試驗(yàn)材料，在試驗(yàn)大棚內(nèi)測(cè)定其在此3種光合生理特性參數(shù)，得出在酸雨脅迫下木荷都受到不同程度的傷害，說(shuō)明植物的Amax在一定程度上隨著酸雨濃度的增加而減小；張向峰等采用LI-6400XT便攜式光合測(cè)定儀，對(duì)縉云山馬尾松在不同強(qiáng)度酸雨（pH5.6，pH5.0，pH4.0，pH3.5，pH3.0，pH2.5和pH2.0）下的光合特性進(jìn)行測(cè)定，得出影響馬尾松幼苗致死的酸雨強(qiáng)度（影響范圍在pH2.0至pH2.5）要高于影響馬尾松葉片光合作用的（影響范圍在pH3.5～pH4.0）酸雨強(qiáng)度。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)酸雨的研究從強(qiáng)度、頻率、時(shí)空、氣象要素、環(huán)境要素以及生態(tài)農(nóng)業(yè)等方面投入大量研究，從天氣系統(tǒng)、數(shù)值模式方面也逐步開始重視，但相關(guān)研究還比較少，隨著相關(guān)酸雨理論和技術(shù)的不斷更新，酸雨研究和治理將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

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