石家莊市酸雨特征分析及其與氣象要素的關(guān)系

王娜,王文,高霞,侯曉瑋,徐義國

石家莊市酸雨特征分析及其與氣象要素的關(guān)系

王娜1,王文1,高霞2,侯曉瑋3,徐義國2

1. 南京信息工程大學(xué), 江蘇 南京 210044 2. 保定市氣象局, 河北 保定 071000. 3. 石家莊市氣象局, 河北 石家莊 050000

該文利用 1995~2015年石家莊酸雨監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合同期氣象資料，用統(tǒng)計(jì)辦法將pH值及電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化整理，分析不同天氣條件下（風(fēng)向風(fēng)速、降水、氣溫、濕度等）pH值及電導(dǎo)率的變化規(guī)律，對石家莊市區(qū)酸雨的狀況和與氣象要素對酸雨的影響進(jìn)行綜合研究。結(jié)果表明:雨量越大, 降水的酸性會(huì)越強(qiáng)，值會(huì)越小。酸雨頻率隨著風(fēng)速的增大而呈遞減的趨勢；隨著氣溫上升，酸雨頻率明顯降低；月平均相對濕度與月平均降水pH值的變化趨勢相反。

酸雨; pH值;值; 氣象要素

降水的pH值是表征降水(雨、雪等大氣降水）酸堿度的物理量，當(dāng)其值小于5.6時(shí)稱為酸雨。通常認(rèn)為，人類生產(chǎn)生活中排放的硫氧化物、氮氧化物在大氣中經(jīng)過各種氧化反應(yīng)所生成的硫酸和硝酸是引起降水酸化的主要污染物質(zhì)[1]。在大氣中污染物化學(xué)性質(zhì)和源場恒定的條件下，氣象因素的變化完全能夠改變或影響降水酸度。本文詳細(xì)地對石家莊市1995~2015年酸雨檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合同期觀測的溫度、降水、相對濕度、風(fēng)向風(fēng)速等氣象資料，進(jìn)一步分析酸雨與各氣象要素的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 來源

酸雨觀測數(shù)據(jù)和地面常規(guī)氣象資料取自石家莊市國家基本氣象站（中國氣象局酸雨觀測站網(wǎng)）。該站位于38°02ˊN、114°25ˊE，海拔高度為81.0 m。每次過程降水均觀測一次氣象要素，觀測項(xiàng)目包含:過程降水量、降水pH值、值、降水時(shí)段、水樣溫度、云狀、風(fēng)向和風(fēng)速(02、08、14時(shí)和20時(shí))、天氣現(xiàn)象。本文利用1995~2015年共21 a石家莊降水pH值觀測數(shù)據(jù)以及同步氣象要素資料。

1.2 計(jì)算方法

一個(gè)地區(qū)全年降水的平均pH值小于5.6的地區(qū)稱酸雨地區(qū)。一般采用雨量加權(quán)法計(jì)算降水的pH值，將測得的每次過程降水的pH值換算成濃度[H+]，然后將[H+]按雨量加權(quán)后求出平均值[H+]，再取其負(fù)對數(shù)即得到降水pH平均值。計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 酸雨頻率和pH值及K值的年際變化

1995年1月至2015年12月，石家莊國家基本氣象站在酸雨觀測過程中收集有效降水樣本（降水量＞1.0 mm）數(shù)853個(gè)，其中出現(xiàn)酸雨67次，強(qiáng)酸雨9次，21年內(nèi)的酸雨發(fā)生頻率平均值為7.96%。21 a年酸雨頻率與時(shí)間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為=-4.81(<0.05)，表明21 a石家莊年平均電導(dǎo)率值隨時(shí)間變化上升趨勢顯著。

2.2 酸雨頻率和pH值及K值的月分布

1995~2015 a石家莊酸雨月變化及月平均降水pH值見表1。各月均有酸雨現(xiàn)象，其中2月發(fā)生酸雨頻率最高，為18.52﹪，6月酸雨發(fā)生頻率最低。

表1 石家莊月平均降水pH值、酸雨月變化及月平均K值

2.3 降水強(qiáng)度與酸雨pH值的關(guān)系

單位時(shí)間內(nèi)降水量大小直接影響雨水對大氣中致酸污染物及氣溶膠沖刷作用的大小。隨著降水等級的提升，雨水pH值呈逐漸減小趨勢，在暴雨發(fā)生時(shí)雨水pH值達(dá)到最低，為4.36。由于大氣中氣溶膠粒子呈堿性，降雨過程中雨水對大氣中氣溶膠粒子的沖刷而相互反應(yīng)，緩沖大氣的酸性成分。由此得到：降水量越大，雨水的酸性會(huì)越強(qiáng)，即pH值越小，值會(huì)越小。

2.4 風(fēng)速與酸雨pH值的關(guān)系

風(fēng)速的大小同樣影響到污染物的分布與擴(kuò)散。通過對比分析從降水酸度與日平均風(fēng)速變化，可以得出，在風(fēng)力為0~1級時(shí)，降水pH值最低，為3.81；風(fēng)力為2~3級時(shí)，平均pH值最高，為5.43，酸雨出現(xiàn)頻率隨風(fēng)速上升而下降。

2.5 溫度與酸雨pH值的關(guān)系

將月平均氣溫與月平均降水pH值和月酸雨發(fā)生頻率分別進(jìn)行相關(guān)性分析，分別得到相關(guān)系數(shù)1=-0.154、2=-0.803（＜0.01），說明月平均氣溫與月酸雨發(fā)生頻率呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖1 石家莊月均氣溫、酸雨頻率和pH值變化

圖2 石家莊月均相對濕度、酸雨頻率和pH值變化

2.6 相對濕度與酸雨pH值的關(guān)系

酸雨是由SO2受大氣中懸浮顆粒物中微量金屬元素的催化作用，經(jīng)雨水吸收后形成。相對濕度對降水酸度的影響主要是由于大氣的潮濕環(huán)境會(huì)促進(jìn)SO2轉(zhuǎn)化成酸，硫酸形成后在會(huì)局地沉降產(chǎn)生酸雨。由圖2可見，月平均相對濕度與月平均降水pH值、月平均氣溫與月酸雨頻率的變化趨勢大致相反，即相對濕度升高，降水pH值降低。

3 討論

本文從實(shí)際社會(huì)需求出發(fā)，利用石家莊酸雨監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合同期氣象資料，用統(tǒng)計(jì)辦法將pH值及電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化整理，分析不同天氣條件下（風(fēng)向風(fēng)速、降水、氣溫、濕度等）pH值及電導(dǎo)率的變化規(guī)律，對石家莊市區(qū)酸雨的狀況和與氣象要素對酸雨的影響進(jìn)行綜合研究。通過分析酸雨與本地氣象要素的關(guān)系，可以評估酸雨對當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)的影響，為本地區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)、環(huán)境部門進(jìn)行政策調(diào)控提供有效的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

通過研究分析各氣象要素對酸雨pH值和K值的影響，結(jié)果表明，月平均相對濕度、月平均氣溫與月平均降水pH值呈顯著負(fù)相關(guān)；酸雨頻率隨著風(fēng)速的增大而遞減；強(qiáng)酸雨出現(xiàn)頻率隨風(fēng)速上升而下降；降水量越大，雨水pH值越小，值會(huì)越小。

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Analysis of the Acid Rain Characteristics and Its Relation with Meteorological Elements in Shijiazhuang

WANG Na1, WANG Wen1, GAO Xia2, HOU Xiao-wei3, XU Yi-guo2

1.10044,2.071000,3.050000,

In this paper, using the 1995-2015 in shijiazhuang acid rain monitoring data, combined with the same period of meteorological data, statistical method will be digital, pH and conductivity data analysis under different weather conditions (wind speed, precipitation, temperature, humidity, etc.), the change rule of pH value and conductivity of acid rain in Shijiazhuang city status and study on the effects of acid rain and meteorological elements.The results show that the greater the rainfall, precipitation acidity the stronger the will, the smaller the K value is.The frequency of acid rain and the trend of decrease with the increase of wind speed.As the temperature increases, the frequency of acid rain decreased obviously; Monthly average relative humidity in contrast to the monthly average precipitation PH change trend.

Acid; pH;; meteorological elements

X5

A

1000-2324(2019)01-0075-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.016

2018-03-10

2018-04-29

王娜(1983-),女,本科,工程師.主要研究方向?yàn)榫C合氣象. E-mail:532298760@qq.com