2016—2022年云南思茅酸雨變化特征分析

摘 要：利用云南省思茅地區(qū)2016—2022年酸雨觀測資料和氣象資料，結合后向軌跡和聚類分析方法，對思茅地區(qū)酸雨的變化趨勢和來源進行分析，結果表明：2016—2022年思茅地區(qū)降水除2020年外，呈現(xiàn)pH年均值整體升高、酸雨頻率下降的趨勢，表明該地區(qū)酸雨狀況正在逐步好轉；月均pH值與月降水量基本一致，呈現(xiàn)夏季高、冬季低的特征，月酸雨頻率夏季最低，冬季最高；風向對思茅地區(qū)的酸雨頻率具有明顯影響，靜風條件下酸雨頻率最高，E-ESE-SE-SSE來向的風、SSW-SW-WSW-W來向風導致的酸雨頻率較高，結合后向軌跡分析表明，思茅地區(qū)周邊的緬甸、越南、老撾等國家燒荒等引起的污染物輸送是影響思茅地區(qū)酸雨的重要原因。

關鍵詞：思茅；酸雨；頻率；后向軌跡；燒荒

中圖分類號：X517 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

酸雨污染會造成大量的間接或即時性的經濟損失且會對生態(tài)環(huán)境產生負面效應，如土壤質量惡化、人畜健康受損等，酸雨污染已成為亟需解決的環(huán)境問題之一。我國南部與北部的酸雨強度有顯著的地帶差異，其中南方的污染更為明顯且更加嚴峻，這與南方土壤堿性物質含量低、大氣中堿性和酸性物質濃度比低于北方、氣象條件等綜合因素有關[1]。石春娥等[2]發(fā)現(xiàn)長江三角洲、華北等地的污染源對安徽酸雨的發(fā)展具有重要影響。張近揚等[3]利用氣流路徑分類的方法探討了桂林市酸雨的源頭。

云南是我國煤炭資源大省，其產量位居全國第八，酸雨問題備受關注[4]。韋霞等[5]統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)思茅地區(qū)1993—2012年酸雨頻率達到46%。強酸雨頻率為10%，酸雨頻率出現(xiàn)2次先升后降的趨勢，這表明思茅地區(qū)酸雨在云南有著不同于其他地區(qū)的特殊性。向峰等[6]分析表明云南省“十二五”期間酸雨污染總體呈下降趨勢。徐麗霞等[7]對云南省主要城市酸雨污染特征及趨勢進行分析，發(fā)現(xiàn)2016—2020年降水pH平均值呈逐年上升趨勢。為此，研究對思茅地區(qū)2016—2022年的酸雨和地面氣象資料進行分析，為環(huán)境保護、政策制定等提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

數(shù)據(jù)為思茅國家基本氣象觀測站（100°59′28E、22°48′58N，海拔1 416.2 m）2016—2022年酸雨及地面氣象資料。針對酸雨日測量結果，使用K-pH不等式方法進行質控，此方法可用于酸雨觀測站網(wǎng)的pH值和電導率數(shù)據(jù)的現(xiàn)場校驗及數(shù)據(jù)質量分析評估，具體見湯潔等[8]的文獻。

用于計算氣團后向軌跡的三維格點資料數(shù)據(jù)源自美國國家環(huán)境預報中心（National Centers for Enviro- nmental Prediction，NCEP）的全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，水平分辨率為1°×1°，垂直方向分為1 000～10 hPa，一共分為17層，一日資料分為4個時次，即00：00、06：00、12：00、18：00。

1.2 研究方法

1.2.1 統(tǒng)計方法

按照中國氣象局酸雨觀測業(yè)務規(guī)范中規(guī)定的方法，通過降水量加權平均值計算年、季、月的降水酸雨pH值均值：

pH=-1 g［］（1）

式（1）中，第i次降水的pH酸堿度被表示為pHi，而降水量Vi則是其變化量。

計算酸雨頻率的方法如下：

F=×100%（2）

式（2）中，F(xiàn)代表計算時間段內相應級別酸雨次數(shù)與總降水次數(shù)的比值，級別酸雨是指pH值小于5.6的降水。

1.2.2 后向軌跡分析

后向軌跡能較好地表示污染氣團在到達目的地前經過的地區(qū)，利用美國國家海洋和大氣管理局開發(fā)的軌跡模式HYSPLIT4.8模式，結合NCEP的全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)資料進行分析[9]。以思茅區(qū)為中心，分析強酸雨日和特強酸雨日（pH值＜4.5）氣流后向軌跡，每日選取世界時00：00、06：00、12：00、18：00的氣流軌跡，進行后向72 h的軌跡計算。并通過聚類分析方法對相似軌跡進行分類，得到代表性氣團軌跡來源，為保持與降水云團高度基本一致，本模擬起始高度設定為

1 500 m。

2 結果與分析

2.1 酸雨的年變化特征

對2016—2022年思茅地區(qū)降水pH年均值進行質控，采用氣象行業(yè)標準，按照式（1）和（2）計算得到逐年降水pH年均值（圖1）。2016—2022年降水pH年均值呈現(xiàn)整體增加的趨勢，表明酸雨情況逐漸好轉。其中，2021、2022年降水pH年均值均＞5.6，為非酸性降水。結合表1給出的2016—2022年酸雨頻率來看，年均酸雨頻率也呈現(xiàn)了整體下降趨勢，且與降水pH年均值變化趨勢基本一致。2020年降水pH年均值顯著下降至4.9，為較弱酸雨等級，且總酸雨頻率、弱酸雨頻率和強酸雨頻率升高，這可能與當年氣候環(huán)境變化、能源消耗、其他偶發(fā)因素等原因有關。此外，從年降水量與降水pH年均值的關系來看，兩者不存在對應關系，節(jié)能減排導致的污染排放減少，從而導致降水pH年均值上升，酸雨頻率整體下降。

2.2 酸雨的月變化特征

通過式（1）和（2）得到2016—2022年降水pH值的月變化特征，圖2為1—12月降水月均pH值和月均降水量分布特征。從月均降水與降水月均pH值的關系來看，整體呈現(xiàn)出夏季高、冬季低的特征，這可能與思茅地區(qū)夏季為降雨期、空氣擴散條件較好有關，兩者均呈現(xiàn)上升趨勢。而冬季能源消耗增加、大氣擴散條件較差導致降水pH值下降，在2、4和11月降水pH值呈現(xiàn)弱酸雨，其中，2月最低，其他月份降水為較弱酸雨。此外，冬季思茅地區(qū)以西南風為主，且該季節(jié)境外燒荒導致酸性降水增加，降水pH值下降，思茅地區(qū)距離邊境較近，更易受到境外燒荒污染影響。

從酸雨的月發(fā)生頻率來看（表2），易發(fā)生酸雨的月份為1、2、10月。其中，弱酸雨、強酸雨和特強酸雨均易發(fā)生在2月，這與2月降水pH值最低、酸度最強的原因一致，主要是擴散條件差、污染輸送、降水量偏少。2016—2022年平均頻率為48%左右，與韋霞等觀測到的1993—2012年的發(fā)生頻率基本一致（約46%）。結合表2可以看出，近兩年來酸雨頻率顯著下降到30%以下，但仍處于“酸雨多發(fā)”的等級。

2.3 風對思茅酸雨的影響

風是影響酸雨形成的重要因素，風向決定著大氣中污染物的輸送方法，圖3a為2016—2022年思茅地區(qū)的風玫瑰圖，由圖3可見思茅地區(qū)主導風向為SW的風，該方向距離邊境較近。尤其緬甸處于思茅地區(qū)西南100余km外，而風玫瑰的ESE-S-W扇區(qū)外（100～200 km外）為緬甸，存在燒荒、垃圾焚燒等現(xiàn)象，會對思茅地區(qū)產生影響。圖3b為2016—2022年思茅地區(qū)不同風向下的酸雨頻率。酸雨頻率最高的為靜風，高達75%，E-ESE-SE-SSE來向的風、SSW-SW-WSW-W來向風導致的酸雨頻率較高，這可能由于思茅距離邊境較近，易受到境外老撾、緬甸、越南等國家垃圾焚燒、開荒等影響，從而導致即使在靜風條件下的酸雨頻率也較高，在上述風向扇區(qū)內，境外春種燒荒等導致的酸雨頻率升高。

2.4 氣流后向軌跡分析

為進一步分析思茅地區(qū)降水pH值受到境外燒荒等因素的影響情況，選取降水pH值＜4.5的降水日進行氣團來源的軌跡分析。以思茅地區(qū)1 500 m高度為起始高度，采用HYSPLIT模式，GDAS資料計算世界時00：00、06：00、12：00、18：00的后向72 h氣流來向，總計獲得32條軌跡，經過聚類后獲得5條軌跡（圖4和表3）。強酸雨和特強酸雨均來自偏東、偏南和偏西方向，其中，偏西方向來源占比最大，為40.63%，說明來自緬甸等地區(qū)的氣團導致強酸雨和特強酸雨的比例較高。結合表3可知，來自該方向的氣團降水pH值為4.10。其次為2號軌跡，該軌跡占比為18.75%，但對應的pH值最低為2.50。該氣團來向為東南方向，經過越南和云南省內，且軌跡較短，說明思茅附近區(qū)域短距離輸送的氣團容易引起特強酸雨，3號軌跡占比15.63%，仍為短距離輸送為主。2號和3號短距離軌跡總計占比34.38%，這也說明了靜風條件下酸雨頻率最高的原因。4號氣團對應的占比為12.50%。該氣團軌跡均為2018年7月20日降水來向的氣團，對應的降水pH值為4.35，該氣團途經我國廣西中西部、越南北部、云南東部。5號軌跡對應的氣團來向為老撾等地區(qū)，占比12.50%，對應的pH值為4.02。其軌跡與3號軌跡方向基本一致，但距離更遠，表明較長距離的偏南氣流也可導致思茅地區(qū)出現(xiàn)強酸雨。

3 結論

（1）思茅地區(qū)從2016—2022年酸雨發(fā)生頻率總體呈現(xiàn)下降趨勢，降水pH值呈現(xiàn)整體上升趨勢，表明該地區(qū)酸雨情況正在逐步好轉。

（2）思茅地區(qū)酸雨頻率冬季高、夏季低，酸雨的月均pH值與酸雨頻率相反，呈現(xiàn)夏季高、冬季低的特征，與該地區(qū)降水的分布特征基本一致。

（3）思茅地區(qū)酸雨頻率受到風向的明顯影響，靜風條件下最易發(fā)生酸雨，E-ESE-SE-SSE、SSW-SW-WSW-W兩個扇區(qū)來向風導致的酸雨頻率最高，該來向的境外燒荒等污染因素是導致思茅地區(qū)酸雨污染的主要原因。

（4）72 h后向軌跡分析進一步表明，思茅地區(qū)強酸雨和特強酸雨的主要氣流來向為緬甸、越南、老撾等地區(qū)。短距離輸送是導致思茅地區(qū)靜風條件下酸雨頻率偏高的原因之一。

參考文獻

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[3] 張近揚，黃石磊，黃躍武，等.基于氣流軌跡聚類分析方法淺析桂林市酸雨來源[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2015，27（2）： 22-25.

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[6] 向峰，胡勇，王健，等.云南省“十二五”期間酸雨污染狀況及趨勢分析[J].環(huán)境科學導刊，2019，38（5）：42-48.

[7] 徐麗霞，向峰，邱飛，等.2016—2020年云南省主要城市酸雨污染特征及趨勢分析[J].災害學，2022，37（1）：96-101.

[8] 湯潔，徐曉斌，楊志彪，等.電導率加和性質及其在酸雨觀測數(shù)據(jù)質量評估中的應用[J].應用氣象學報，2008（4）：385-392.

[9] 中國氣象局.酸雨觀測業(yè)務規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2005.