2015年威海市酸雨變化特征及其影響因子的關系

宋華麗++方嬌慧++潘鳳妮

摘要：為了解山東省威海市酸雨污染狀況，進而為酸雨的控制提供參考依據，選取2015年威海市酸雨觀測資料、氣象因素數據，統計分析了威海市降水pH的季節變化和月變化，探討了酸雨的變化特征，并對酸雨的成因做了初步分析。結果表明，2015年威海市酸雨強度和頻率有明顯的季節變化和月變化，降水pH隨冬、秋、春、夏逐漸升高，而酸雨出現頻率則按冬、秋、春、夏逐漸降低；相比于威海市周邊地區，威海市酸雨污染相對較低，但值得引起注意；酸雨的出現與威海市當地氣候、污染源和自然條件等因素有密切關系。

關鍵詞：酸雨；變化特征；pH；氣象因子；威海市

中圖分類號：X517 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）09-1648-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.09.012

Variable Characteristics of Acid Rain and Its Influence Factors in Weihai City in 2015

SONG Hua-li1，FANG Jiao-hui2，PAN Feng-ni3

（1.Wendeng District Meteorological Bureau， Weihai 264400， Shandong， China； 2.Shandong University Environment Research Intitution，

Jinan 250100， China；3.Weihai Meteorological Bureau， Weihai 264200， Shandong， China）

Abstract： In order to figure out the condition of acid rain in Weihai city， and provide some useful advice for the acid rain control， based on the observation data of acid rain and the related meteorological data in 2015 in Weihai， the seasonal and monthly variations of precipitation pH were analyzed， the characteristics of acid rain were primarily analyzed and its forming reasons were discussed. The results showed that there was obviously change in intensity and frequency of acid rain in Weihai in 2015. The rainfall pH valves was highest in summer， followed in spring， autumn and winter， while the acid rain frequency was the highest in winter， followed in autumn， spring and summer. Compared with the surrounding area of Weihai， the acid rain pollution was relatively low， but it was worth to pay attention to the acid rain pollution. Acid rain weather was related to the local climate， pollution sources and natural source and so on.

Key words： acid rain； variable characteristics； pH； meteorological elements； Weihai city

酸雨指的是pH小于5.6的雨水、凍雨、雪、雹、露等大氣降水[1]。通常認為，產生酸雨的主要原因在于人類活動產生的酸性物質在空氣中經過一系列反應生成了硫酸和硝酸[2]。酸雨對環境有著很大的危害和影響。酸雨可損害樹木的根、葉、莖，導致森林生長量下降，造成木材的經濟損失；危害農作物的生長，造成農作物的減產[3]；改變土壤的物理化學性質，活化土壤中的有毒有害物質，減少土壤中細菌數量，導致植物營養不良；酸雨落入水中又可導致湖泊酸化，導致魚類死亡[4]；同時酸雨也能夠與金屬、石材、混凝土等建筑材料發生化學反應，危害建筑物、藝術品和雕像等[5]。由于酸雨的形成受自然和人為因素共同作用，其成因復雜，氣象條件是產生酸雨的一個重要因素，故研究氣象條件對于清晰的認識氣象因素對酸雨的形成具有重要意義。

目前，針對酸雨的空間分布、影響因子、化學構成、大氣污染和氣象條件等方面已經進行了大量的分析研究[6-9]，但針對于某一地區酸雨，同時分析整年的酸雨分布特征、氣象和氣團因素對酸雨形成的影響等進行分析研究的較少。同時，作為沿海城市的威海市，位于山東半島東部，屬暖溫帶大陸性季風氣候，大氣環流季節變化明顯，相較于內地的大陸性氣候有著較好的氣象擴散條件，市區空氣質量狀況相對較好，但仍然存在酸雨頻發的狀況。因此，有必要對威海市酸雨觀測資料進行分析研究，獲得2015年威海市酸雨變化特征，并從氣象和氣團因素等方面分析其對酸雨形成的影響，以期為威海市酸雨控制提出意見和建議，減少酸雨對環境的危害，為酸雨的控制提供參考依據。

2.2 酸雨逐月變化

2015年威海市酸雨逐月變化中，降水pH月均值在2015年會有兩個高峰和兩個低谷（除3月沒有降水外），高峰值分別出現在2月（pH 6.16）和7月（pH 6.39），pH月均低谷值則出現在1月（pH 4.22）和5月（pH 4.92）（圖2）。2015年酸雨發生頻率也表現出與降水pH變化類似的趨勢，1月（100%）和9月（75%）分別達到酸雨頻率的高峰值，而在2月（33%）和7月（0%）分別達到酸雨頻率的波谷值。造成2015年威海市酸雨逐月變化具有兩個波峰和兩個波谷的主要原因除秋、冬季和春、夏季污染源的排放差異、降水強度以及大氣層穩定度外，還由于5月威海市降水較少，而溫度和相對濕度較高，光化學氧化作用較強，加快了酸雨前體物向酸雨的轉化[12]，導致5月降水pH較低，且酸雨多發的現象。

2.3 電導率逐月變化

2015年威海市酸雨電導率的月變化曲線與降水pH變化曲線同樣呈現出明顯的雙峰分布（圖3），雙峰值分別出現在6月和12月（最高值在12月，K為169.97 μS/cm），雙谷值出現在5月和7月（最低值在7月，K為18.58 μS/cm）。與降水pH的變化比較分析可知，降水電導率的變化雖然與pH變化基本一致，但其波動幅度較降水pH波動幅度大，表現出較高的不穩定性。因為酸雨中電解質和離子含量大部來源于工業的排放，結合酸雨電導率月變化曲線分析，表明2015年威海市酸雨的發生除受氣象因素的影響外，還受相關污染源的排放影響。

2.4 2015年威海市與其他地區酸雨對比

由于以往的研究中缺少對威海市酸雨數據的記錄，故選擇威海市周邊城市作對照，以期評價威海市酸雨污染狀況。威海市逐月降水pH與2003-2007年日照市[5]、2006-2009年大連市逐月降水pH均存在低于5.6的現象[13]，而1998-1999年撫順市降水pH則全部大于5.6[14]；威海市降水年均pH高于大連市，但低于撫順市和日照市（圖4）。產生這種現象的主要原因在于威海市與日照市、大連市具有較近的地里位置，污染條件和氣象因素上表現為相近性，故3個地區不同時間內降水pH均存在pH低于5.6的現象；而與撫順市位置較遠，且與撫順市在氣象因素上存在差異性，由此造成與撫順市降水pH差異較大，撫順市pH各月均大于5.6。以上分析表明，威海市雖然酸雨污染程度相對較低，但仍存在酸雨污染，需采取有效措施減少酸雨前體物的排放，減少酸雨的發生。

2.5 酸雨頻率與雨量的關系

將2015年威海市酸雨降水量劃分為小雨（0.1～9.9 mm）、中雨（10.0～24.9 mm）、大雨（25.0～49.9 mm）、暴雨（50.0～99.9 mm）和大暴雨（100.0～250.0 mm）。2015年威海市酸雨發生時，雨量主要集中在小雨和中雨，并且降水pH隨著雨量的增加逐漸降低（表1）。酸雨的出現頻率隨著雨量的增加呈現出先增加后減少的趨勢，降雨量為小雨時酸雨發生頻率為54.3%，當雨量增加到中雨時酸雨發生頻率為58.3%，當雨量增加到大雨時酸雨發生頻率為50.0%。這是由于當降水量開始增大時，加強了對空氣中污染物的沖刷，促進了酸性物質溶解，pH下降，因而酸雨頻率升高。但隨著降水的持續沖刷凈化作用，當雨量達到暴雨、大暴雨量級時，酸雨頻率反而下降。

2.6 酸雨頻率與風速的關系

2015年威海市酸雨頻率與風速變化表現出一定相關性，即在風力等級為0～4時，隨著風力等級的增加，酸雨出現次數先上升然后下降（表2）。在風力等級達到2級時，酸雨出現的頻率最大，風力等級在3級時次之，風力等級在1級時第三，風力等級在4級時第四，靜風時第五，風力等級在5～7級時未出現酸雨。以上變化說明了風對污染物水平輸送的同時起到了稀釋和沖淡作用[1]。

2.7 酸雨頻率與風向的關系

2015年威海市酸雨觀測時，在12個風向上均出現過酸雨，其中NNE方向上酸雨出現的頻率最大（17.9%），ENE和NW方向上酸雨出現頻率次之（14.3%）（圖5）。酸雨的出現與污染源的排布相關，分析酸雨出現頻率與風向的關系發現，酸雨出現時的主要風向集中在偏北風，說明威海市酸雨污染源主要來自偏北方向。

3 結論

受污染條件和氣象因素等影響，2015年威海市降水pH呈現明顯的季節性變化，冬季降水pH最底，秋季次之，春季第三，夏季pH最高；降水pH和酸雨電導率月變化趨勢則出現兩個高峰和兩個低谷。

分析發現，適當的降水可以促進酸性物質的溶解，使酸雨pH下降；偏北風、適宜的風速容易導致酸雨的發生。相較于其他城市，威海市酸雨污染程度雖然相對較低，但仍存在酸雨污染，需要采取進一步控制措施，降低酸雨發生的頻率。

由于威海市酸雨觀測數據量有限，未能將威海市酸雨變化狀況做進一步的分析；且未能獲得其他污染數據，未能分析其他污染要素和長距離傳輸可能帶來的影響，導致對酸雨的產生缺少足夠的認識。需要在今后的工作中，加強這方面的分析研究。

參考文獻：

[1] 吳 兌，鄧雪嬌.環境氣象學與特種氣象預報[M].北京：氣象出版社，2001.103-106.

[2] 唐孝嚴，張遠航，邵 敏.大氣環境化學[M].第二版.北京：北京高等教育出版社，2012.365.

[3] 吳 剛，章景陽，王 星.酸沉降對重慶南岸馬尾松針葉林年生物生產量的影響及其經濟損失的估算[J].環境科學學報，1994， 14（4）：461-465.

[4] IKUTA K，SUZUKI Y，KITAMURA S. Effects of low pH on the reproductive behavior of salmonid fishes[J].Fish Physiology and Biochemistry，2003，28：407-410.

[5] 呂相娟，趙玉潔，萬克利，等.日照市酸雨氣候特征及影響因子研究[J].中國農學通報，2014，30（8）：239-243.

[6] 花日茂，李湘瓊.我國酸雨的研究進展[J].安徽農業大學學報， 1998，25（2）：206-210.

[7] 孫翠梅，孔啟亮，郭 煜，等.鎮江市酸雨特征及影響因素分析[J].氣象與環境學報，2016，32（4）：83-90.

[8] 陳彬彬，王 宏，鄭秋萍，等.福建省區域酸雨特征及成因分析[J].氣象與環境學報，2016，32（4）：70-76.

[9] 于文革，梁鐵軍，孫 瑩，等.丹東市區酸雨特征及其影響因素分析[J].氣象與環境學報，2016，32（4）：77-82.

[10] 中國氣象局.酸雨觀測業務規范[M].北京：氣象出版社，2005.

[11] 程新金，黃美元.降水化學特性的一種分類分析方法[J].氣候與環境研究，1998，3（1）：83-89.

[12] 王文興，岳燕珍.影響我國降水酸性因素的研究[J].中國環境科學，1993，13（16）：401-407.

[13] 程相坤，蔡冬梅.大連地區酸雨特征及氣象條件影響分析[J].安徽農業科學，2010，38（9）：4654-4656.

[14] 王 妍，曹炳志，金永民.撫順市區酸雨分布特征研究[J].氣象與環境學報，2007，23（5）：38-41.