西安市酸雨的气候特征及气象条件分析

妙娟利

(陕西省气象信息中心，西安 710014)

西安市酸雨的气候特征及气象条件分析

妙娟利

(陕西省气象信息中心，西安 710014)

摘 要：利用1990—2009年西安市酸雨观测站的酸雨观测资料并结合当时的气象条件(风、降水、雾)，分析了20 a来西安市酸雨变化特征以及不同气象条件对酸雨的影响。结果表明：西安市发生酸雨的频率为27.4%，季节变化明显，其中12月最高，10月最低；酸雨pH值波动幅度1998—2004年最大，2005—2009年最小且趋于平稳；大雨天气、风速≤3 m/s或有雾时易发生酸雨；出现酸雨时，风向以东北风居多。

关键词：酸雨；pH值；酸雨频率；气象条件

酸雨是指pH值小于5.60的大气降水(雨、雪、雹等)[1]3。通常认为，人类排放的硫氧化物和氮氧化物在大气环境中经过各种氧化反应生成的硫酸和硝酸是导致降水酸化的主要致酸污染物质[2]。随着现代工业的快速发展，人口剧增和城市化过程的加快，燃煤、燃油排放的硫氧化物和氮氧化物逐年增加[3-4]，酸雨的频率和覆盖率明显增加，酸雨污染日趋严重[5]。我国酸雨区主体位于长江以南的广大地区，北方也存在小范围的酸雨区。从全国来看，酸雨发生的范围总体上呈扩大趋势，北方酸雨发生范围扩大明显，南方基本保持不变，酸雨污染重灾区由西南逐步转移至华中和华南中部[6]。我国酸雨面积已占国土面积的40%，成为继欧洲和北美之后的第三大酸雨区[7]，西安市处于我国酸雨区西北边缘。研究酸雨变化特征及与气象条件的关系，有利于更有效的治理酸雨。利用1990—2009年西安市酸雨观测站的数据，对西安市酸雨变化特征及其与气象条件的关系进行分析和探讨。

1 资料与方法

西安市酸雨观测站是中国气象局于1989年设立的第一批国家级酸雨观测站，所用资料为1990—2009年西安市酸雨观测站的降水pH值以及降水量、风向风速、雾等地面气象观测资料，共收集有效样本989次。

根据国家环境保护总局制定的降水酸度分级标准，将pH值分为5个级别：小于4.00为强酸性，4.00～4.49为较强酸性，4.50～5.59为弱酸性，5.60～7.00为中性，大于7.00为碱性[8]。将12月—翌年2月、3—5月、6—8月、9—11月划分为冬、春、夏、秋四季。

2 西安市酸雨特征

2.1 降水pH值月变化

西安地处关中平原，土壤呈弱碱性。由图1可知，20 a来西安市降水pH值月平均变化不明显，在5.60～6.48之间，5—10月pH值居中，无明显变化，1—4月、11—12月pH值变化波动幅度较大。大气降水pH值的这种月变化，是酸性废气排放、大气降水量和沙尘活动等多因素综合作用的结果。每年11月到次年3月为西安市取暖期，因为消耗大量燃料，大气中SO2和NOX的浓度增加，为酸雨形成提供了丰富的物源；春季沙尘暴活动频繁，气候干燥，地面浮尘多，降水偏少，使得大气中弱碱性浓度大且滞留时间长，因此在此期间降水pH值月起伏较大。5—10月降水明显增加，对大气中浮尘有洗涤作 用，所以降水pH值变化比较平稳。月pH值最小值在3.55～4.75之间，变化起伏较大，而且西安每月都有酸雨出现。

图1 西安降水pH值月平均、月最小逐月变化

2.2 酸雨pH值月变化

酸雨频率是指在降水总次数中，pH值小于5.60的降水发生的比例，即：酸雨频率=(酸雨样品数/降水样品数)×100%[1]24。由图2知，酸雨频率有明显的月变化，10月最低，为15%；在降水偏少的12月最高，为47%。西安市酸雨频率为27.4%。酸雨pH值与月酸雨频率基本上呈反相位关系，在酸雨频率高的1、3、6、9、12月，酸雨pH值偏小；反之，酸雨频率低的2、4、7月，酸雨pH值偏大。酸雨频率季节分布从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季，与西安市SO2月际变化[9]相吻合。冬季酸雨频率远远高于其他季节。酸雨频率的季节性变化主要是由于冬季取暖燃烧化石燃料，排放大量的SO2和NOX；夏季降水多，强度大，对空气中的尘埃具有较强的洗涤作用。

图2 西安酸雨pH值月平均及频率月变化

2.3 降水pH值年变化

图3为1990—2009年西安市降水pH值年际变化。20 a来西安市降水pH值年平均值为5.95，年际变化分为三个时段：1990—1997年变化呈双峰型，峰值为1993年的5.99和1996年的6.01，低谷为1992年的5.64和1995年的5.60，这7 a中变化较小；1998—2005年也呈双峰型，但与前一时段相比，波动变化较大，峰值为1999年的6.69和2003年的6.59，低谷为2002年的5.75和2005年的5.59；2005年后，降水pH值的年际变化逐渐趋于平稳。

图3 西安降水pH值年际变化

20 a降水最大pH值和最小pH值的平均值分别为7.40、4.49，年际变化特征：1990—1992年，最大值和最小值逐渐靠近平均值，从1993年开始，最大值和最小值逐渐偏离平均值，1995年偏离程度最大，随后又逐渐靠近平均值，1998年最大、最小和平均值基本重合；1998—2000年最大值和最小值突然偏离平均值，最大值在1999年，为8.53，最小值在2000年，为3.55，也是20 a中的极值；从2001年开始最大和最小值逐渐靠近平均值，2002—2009年，最大、最小和平均值三者变化趋势基本一致。

降水pH值这种年际变化的原因为：1997年开始的“煤改气工程”，显著降低了SO2排放量，降水pH值有所回升。2000年后，随着城市新一轮产业结构调整，工业废气排放量有所下降，但机动车辆迅速增加，西安机动车保有量在2010年3月已突破100万辆，此后不足9个月，全市就增加了16万辆机动车，由此交通尾气排放量增大，城市大气中NOX浓度增大，为酸雨的形成提供了新的物源。

2.4 酸雨pH值年变化

由图4可知，1990—1997年酸雨pH值年际变化不明显，年平均值在5.00～5.34之间，酸雨频率为19%～45%；1998—2009年，酸雨pH值的年变化波动幅度较大，年平均值在4.61～5.40之间，其中2个高峰出现在1998年、2003—2004年，2个低谷出现在2000年、2006年，1998—2002年酸雨频率有明显的上升趋势，2003年明显下降，随后在2004年又出现了上升，2005—2009年，酸雨频率相对平稳。1998年酸雨频率2%,为20 a年中最低值。

图4 西安酸雨pH值和频率年变化

3 酸雨与气象条件的关系

3.1 酸雨与降水强度的关系

将每次酸雨监测期间所得的降水量(R)划分为5个等级(毛毛雨为0.1 mm≤R<2.0 mm,小雨为2.0 mm≤R<10.0 mm，中雨为10.0 mm≤R<25.0 mm，大雨为25.0 mm≤R<50.0 mm，暴雨为R≥50.0 mm),并对西安市不同降水等级下的降水pH值、酸雨频率的变化进行分析(见表1)。可见：每个降水等级里的pH平均值均大于5.6，降水越大，pH值越低；暴雨天气时酸雨频率最小，其次是毛毛雨、小到中雨，最大的是大雨天气。毛毛雨时，降水强度弱，不利于空气中的颗粒物下降：暴雨时，降水对空气中的颗粒物有冲刷和稀释作用，所以在这两种降水天气下，不利于酸雨出现。在小雨、中雨、大雨天气时，容易出现酸雨。

表1 不同降水等级下的降水pH值、

3.2 酸雨与风的关系

风对大气中污染物的扩散和输送起着决定性的作用。统计西安酸雨日定时风向(图5)发现，西安发生酸雨时，风向以东北风居多，其次是西风和西南风。

图5 西安出现酸雨时的风向玫瑰图

西安地处关中盆地中部，受地形影响年平均风速为1.6 m/s，在观测的20 a中，出现酸雨271次，其风速分布见表2。当风速≤3 m/s时，污染颗粒不易扩散，酸雨频率为84.9%，风速逐渐增大，出现酸雨的频率越来越小。

表2 西安酸雨与风速对应情况

3.3 酸雨与雾的关系

雾形成的天气条件是低层风速小，湿度较大，大气层结稳定，大气中的污染物不宜扩散，加之水汽充沛，一旦降水很容易形成酸雨。西安20 a中出现酸雨271次,有雾的达93次,占34.3%。

4 结论

4.1 西安市发生酸雨的频率为27.4%。降水pH值在降水量多的5—10月变化平稳，在降水量偏少的1—4月、11—12月波动幅度大。酸雨pH值与月酸雨频率基本上呈反相位关系，在酸雨频率高的1、3、6、9、12月，酸雨pH值偏小；反之，酸雨频率低的2、4、7月，酸雨pH值偏大。酸雨频率有明显的季节性，从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季，12月最高，10月最低，每个月都有酸雨出现。

4.2 降水pH值在1990—1997年、1998—2005年两个阶段均呈双峰型，但后一阶段比前一阶段波动幅度明显偏大，2005年后，降水pH值的年际变化逐渐趋于平稳。

4.3 1990—1997年酸雨pH值年际变化波动幅度小，1998—2004年波动幅度大，2005—2009又趋于平稳。

4.4 毛毛雨或暴雨时，不利于酸雨出现；在小雨、中雨或大雨天气时，容易出现酸雨。风速≤3 m/s时，酸雨频率为84.9%，风速逐渐增大，酸雨频率越来越小。有雾时易发生酸雨。西安市出现酸雨时，风向以东北风居多，其次是西风和西南风。

参考文献：

[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].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 李宗恺，王体键，金龙山.中国的酸雨模拟及控制对策研究[J].气象科学，2000，20(3)：339-347.

[4] 高龙.汉台区2006——2009年酸雨特征及对策建议[J].陕西气象，2013(3)：25-27.

[5] 吴洪颜，濮梅娟，商兆堂，等.江苏省2006年酸雨分布特征及其与气象条件的关系分析[J].气象科学，2008，28(5)：563-567.

[6] 赵艳霞，候青.1993—2006年中国区域酸雨变化特征及成因分析[J].气象学报，2008，66(6)：1032-1042.

[7] 郭永林.我国的酸雨问题和防治[J].山西财经大学学报：研究专刊，2002，24：106.

[8] 韩亚芬，孙跟年，李琦等.西安市酸雨及化学成分时间变化分析[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2006，34(4)：109-113.

[9] 程继夏，刘立国，王斌.煤改气工程对改善西安市大气环境的趋势分析[J].长安大学学报：建筑与环境科学版，2003，20(3)：44-46.

中图分类号：X517

A

文章编号：1006-4354(2013)05-0036-04

收稿日期：2013-05-29

作者简介：妙娟利(1977—)，女，陕西岐山人，学士，工程师，从事地面气象数据质量控制与资料应用。