阳泉市酸雨变化特征及其影响因素分析

贾立亭，周焱博，吴振芳

阳泉市酸雨变化特征及其影响因素分析

贾立亭1，周焱博1，吴振芳2

（1.山西省阳泉市气象局，山西 阳泉 045000；2.山西省平定县气象局，山西 平定 045200）

为准确掌握阳泉市降水的酸碱度及发生规律，进而为开展环境气象预报及降水污染防治提供科学依据，利用2017—2019年阳泉市酸雨观测资料和同期气象要素观测资料进行计算，并分析了阳泉市降水pH值、电导率K值的变化特征及其影响因素，结果表明，阳泉市属于轻酸雨区，年平均pH值为酸性；秋季和冬季降水的pH值低于春季和夏季，降水的电导率K值呈相反的变化态势；阳泉市的酸雨更易发生在小量级的降水中；受东北风和偏东风影响时，酸雨污染严重。

气象条件；酸雨；pH值；变化特征

1 引言

酸雨的常规定义是指pH值小于5.60的大气降水，降水形式包括雨、雪及雹等[1]，酸雨是由于人类活动排放的大量酸性物质在大气环境中发生氧化反应生成硫酸和硝酸，并溶于雨水中降落至地面形成的[2]。酸雨又被称为“空中死神”，可造成土壤、河流和湖泊的酸化，使土壤营养元素流失，导致土壤贫瘠，造成生命体的繁殖和发育紊乱，还可加快建筑物被腐蚀的速度和影响人类健康等[3]。

近几年来，中国学者对大气降水污染的局地特征、时空演变以及影响因素进行了大量研究分析[4]。阳泉市位于山西省东部，太行山中段西麓，东隔太行山与石家庄市相望，西接太原市，是一座新兴工业城市，境内地貌以山地为主，其余为丘陵和平原。阳泉市是京津冀大气污染传输通道“2+26”城市之一，且阳泉市作为人口较为聚集的重工业城市，大气环境问题尤为紧迫，目前对阳泉地区酸雨的研究较少，本文利用2017—2019年阳泉市平定县国家基本气象站的观测资料分析了酸雨的变化特征及气象条件对酸雨的影响，以期为阳泉市酸雨控制和防范对策指定提供参考。

2 资料与方法

酸雨资料来源于2017-01—2019-06阳泉市平定县国家基本气象站的酸雨监测资料，平定酸雨监测站位于37°47′N、113°38′E，观测场海拔高度为753 m，观测要素主要包括降水时段、降水量、降水pH值和电导率K值（单位为μs·cm-1）、每日4个时次（14时、20时、02时、08时），10 min平均风向风速；其中pH值和K值取3次读数的平均值，电导率K值为订正至25. 0 ℃的标准值。

本文选取2017—2019年阳泉地区共129个降水样本，其中2018-01—2018-02、2018-12、2019-01和2019-05无降水观测样本（月降水量均小于1 mm，无采集样本），不参与年平均降水量和季平均降水量的计算。降水平均pH值、酸雨出现频率及电导率K值的计算方法按照中国气象局《酸雨观测业务规范》（2005）[1]中的方法。

3 结果分析

3.1 酸雨变化特征

3.1.1 酸雨年变化

由2017-01—2019-06阳泉地区129个降水样本统计可知，此期间样本总降水量为1 212.4 mm。统计分析可知，在此期间阳泉地区降水pH值范围在4.32～7.78。参照程新金和黄美元的分析方法[5]，将酸雨的酸度分为强酸性（pH＜4.50）、中度酸性（4.50≤pH＜5.00）、弱酸性（5.00≤pH＜5.60）3个等级进行细化分析，129个样本中，共出现酸雨38次。其中强酸雨仅出现2次，出现频率为1.6%，出现在2017-10；中度酸雨出现11次，出现频率为8.5%，有10次出现在2017年；大部分为弱酸雨，出现25次，出现频率19.8%。2017-01—2019-06阳泉地区酸雨的K值变化范围 在20～210，大部分K值集中在20～100，约占酸雨总样本的68.4%。

2017年阳泉地区共59个降水样本，年平均pH值5.93，酸雨出现频率39.0%，属于轻酸雨区。2018年阳泉地区共57个降水样本，年平均pH值6.14，酸雨出现频率24.6%，属于轻酸雨区，相比较2017年有所改善。

3.1.2 酸雨月、季变化

2017-01—2019-06阳泉地区降水月平均pH值和K值的变化特征如图1所示，由图1可见，阳泉地区降水的pH值随季节波动变化明显，一般秋季和冬季为pH值波谷，春季降水的pH值逐渐增大，夏季一般为pH值波峰；降水的K值与pH值大体呈相反的变化特征，其波峰（谷）基本与pH值的波谷（峰）相对应。阳泉地区降水的pH值最小值与平均pH值的变化趋势一致。冬季阳泉市气温较低，11～3月为取暖期，燃煤量增加，因煤中的含硫量较高，为大气中硫的主要来源，硫是主要的致酸物质，也是降水电导率K值增大的主要贡献者。冬季采暖期间阳泉地区主要受地面冷高压的控制，降水较少，且极易出现逆温，不利于大气污染物的扩散，为酸雨的发生创造了有利条件。分月加权平均得到2017—2019年阳泉地区1～12月平均pH值和K值，分析可得降水的pH值1月最低，降水的平均pH值和K值大体呈相反的变化特征，其波峰（谷）基本与pH值的波谷（峰）相对应。

图1 2017-01—2019-06阳泉地区降水月平均pH值、月最小pH值及月平均K值变化

3.2 气象条件及污染物对酸雨的影响

3.2.1 降水对酸雨的影响

2017-01—2019-06阳泉地区降水pH值、K值与降水量的关系如图2所示。由图2可知，降水的pH值较小值和K值较大值主要出现在降水量为20 mm以内的降水中，降水的pH值最小值和K值最大值主要出现在降水量小于2 mm量级的降水中。通过分析发现，当降水量级为小雨时出现弱酸雨的概率最高，而一般情况强降水则不利于酸雨的形成。阳泉地区的酸雨更易发生在小量级的降水过程中，随着降水量不断增大，降水的酸性、酸雨发生概率或降水的平均电导率K值均呈下降的趋势。

图2 2017-01—2019-06阳泉地区降水pH值、K值与降水量的关系

3.2.2 风对酸雨的影响

气象条件除了影响前体物质的转化速度外，对酸性物质的输送、扩散、沉降也具有重要的作用。空气中的酸性物质可以通过大气输送至下游地区，在一定条件下形成酸雨。经分析，阳泉地区风向为NE和NNE时酸雨出现频率最高，偏东风和偏北风对酸雨的贡献较大。此外，ESE、SE风时也可出现弱酸雨，而其他风向时弱酸雨出现次数极少或不出现。综上，阳泉市受东北风或偏东风影响时，酸雨污染较严重，偏东风为酸雨的发生提供了前期储备条件。

4 结论

2017年阳泉地区年平均pH值5.93，酸雨出现频率39.0%，属于轻酸雨区。2018年阳泉地区平均pH值6.14，酸雨出现频率24.6%，属于轻酸雨区，相比较2017年有所改善。2017-01—2019-06阳泉地区降水pH值和电导率K值月、季变化较明显，降水pH值和K值基本上呈相反的变化特征，秋季和冬季的降水的pH值最小，可能与采暖季节的燃煤取暖密切相关。阳泉市酸雨更易发生在小量级的降水过程中，随着降水量的增大，云下冲刷作用对污染物的清除贡献较大。NE和NNE风向时阳泉市酸雨污染较严重，另外，偏东风和偏北风对酸雨的贡献也较大。

［1］中国气象局.酸雨观测业务规范［M］.北京：气象出版社，2005．

［2］唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006．

［3］吴丹，王式功，尚可政.中国酸雨研究综述［J］.干旱气象，2006，24（2）：70-77.

［4］李倩，杨旭，马梁臣，等.长春市酸雨变化特征及其影响因素分析［J］.气象与环境学报，2017（4）：48-55.

［5］程新金，黄美元.降水化学特性的一种分类分析方法［J］.气候与环境研究，1998，3（1）：83-89.

X517

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.054

2095－6835（2019）24－0123－02

贾立亭（1994—），女，学士，助理工程师，主要从事天气预报与气象服务工作。

〔编辑：严丽琴〕