1992—2012年浙江省酸雨变化特征及成因分析

牛彧文，浦静姣，邓芳萍，齐 冰

1.浙江省气象科学研究所，浙江 杭州 310008 2.杭州市气象局，浙江 杭州 310051

由于煤炭、石油等化石燃料的燃烧和使用，其向大气中排放的SO2、NOx等酸性气体进入雨水会导致降水出现酸化。研究表明，酸雨对生态系统、建筑物、水体、农作物等具有重要危害[1-5]。20世纪六七十年代，酸雨先后在欧洲和北美地区被发现[6-9]，改革开放以来，随着中国经济的快速发展，煤炭、石油等化石燃料的使用急剧增加，长江以南成为继欧洲和北美地区之后的世界第三大酸雨区[10-15]；酸雨给中国南方地区的环境和经济带来了严重危害，对经济社会的可持续发展造成了不利影响[16]。浙江为经济发达省份，是长江三角洲经济圈的重要组成部分，过去20多年，随着工业化、城市化进程的加快，机动车数量急剧增加，其向大气中排放了大量酸性物质，酸雨污染已经成为浙江地区重要的环境问题[17-20]。研究以杭州地区1992—2012年连续21 a的酸雨历史观测数据为代表，结合2007—2012年全省13个站点的酸雨观测数据及部分降水化学组分数据，揭示20世纪90年代以来浙江地区酸雨污染的时间变化特征、空间分布特征及其成因，为控制酸雨污染提供科学依据。

1 实验部分

降水pH数据来自浙江省气象局所属的13个降水观测站点，其中杭州站点的降水pH观测时间为1992—2012年，其余12个站点的降水pH观测时间为2007—2012年。观测站点分布如图1所示。站点覆盖了浙江全省，能够很好地反映浙江地区酸雨的空间分布。降水样品的采集和pH测定均由专职监测人员按照中国气象局发布的酸雨观测规范进行操作，保证了数据采集的准确性、可靠性。其中，1992—2005年的降水采集是按照中国气象局发布的《酸雨观测方法(试行二版)》[21]的方法获得，采样按照降水事件进行，即每个降水事件采集1个降水样品，为了与2006年之后的数据保持一致，当1 d内有多次降水事件时，采用雨量加权计算获得日均pH。 2006年之后的样品采集执行中国气象局发布的《酸雨观测业务规范》[22]，按照该规范，1 d采集1个降水样品(有多次降水事件时采集1个混合样品)，测定的pH作为日均pH。

图1 酸雨观测站点分布Fig.1 Distribution map of rainwater monitoring stations

2 结果与讨论

2.1 酸雨污染强度年变化特征

1992—2012年，杭州站点年均降水pH、酸雨(pH<5.6)发生频率、强酸雨(pH<4.5)发生频率变化见图2。

图2 1992—2012年杭州观测站降水pH变化趋势Fig.2 The annual mean pH value change of rainwater from 1992 to 2012 in Hangzhou

由图2可以看出，1992—2012年间，杭州站点的酸雨污染大致经历了3个阶段：第1个阶段为1992—1999年，该阶段为酸雨污染改善期，酸雨发生频率、强酸雨发生频率和降水酸度均呈波动下降的趋势；第2阶段为2000—2004年，该阶段为酸雨污染再次恶化期，酸雨发生频率和降水酸度均出现了上升，强酸雨发生频率在2004年达到了66.2%，降水pH降至4.08；第3个阶段为2005—2012年，该阶段为酸雨污染再次改善期，降水pH出现波动上升，酸雨发生频率波动下降，尤其是强酸雨发生频率下降幅度较大，自2007年起，年均降水pH超过了4.5，由强酸雨转为弱酸雨。2007年起，除杭州站点外，浙江省气象局又在全省11个地市设立了12个酸雨站点开展酸雨观测，由13个站点通过雨量加权计算得到2007—2012年全省降水年均pH以及酸雨发生频率、强酸雨发生频率，详见图3。

图3 2007—2012年浙江全省降水年均pH变化趋势Fig.3 The annual mean pH value change of rainwater from 2007 to 2012 in Zhejiang

由图3可以看出，和杭州站点的变化趋势基本一致，2007—2012年间，浙江全省的年均降水pH总体呈现出稳定上升的趋势，酸雨发生频率、强酸雨发生频率总体处于下降趋势，进一步表明，2007年以来，浙江地区的酸雨总体上在逐渐减轻。

2.2 酸雨发生的季节分布特征

将1992—2012年杭州站点和2007—2012年浙江全省降水按照季节进行雨量加权计算得到了平均pH，见图4。

图4 杭州站点和浙江全省季均降水pH变化Fig.4 Seasonal variation of rainwater pH value in Hangzhou and Zhejiang province

由图4可以看出，浙江地区的降水存在明显的季节变化，冬季降水平均pH最低，酸雨污染最为严重，夏季降水平均pH最大，酸雨污染最轻，春节和秋季的酸雨污染程度介于冬、夏之间。

图5 为2007—2012年间浙江省降水pH在春季、夏季、秋季、冬季的空间分布状况。

图5 2007—2012年间浙江省降水季均pH空间分布示意图Fig.5 Spatial distribution of rainwater acidity in spring, summer, autumn and winter during 2007 to 2012 period in Zhejiang

由图5可以看出，浙江地区的酸雨发生范围和污染程度同样存在明显的季节变化，冬季全省均被酸雨区覆盖，尤其是浙北和东部沿海地区处于强酸雨区的影响之下；夏季，全省酸雨污染明显减轻，在浙西南的部分地区出现了非酸雨区，全省只在浙北的临安和东南沿海的温州地区出现了小范围的强酸雨分布区。春季和秋季酸雨污染程度的空间分布同样介于冬季和夏季之间。浙江属于典型的亚热带季风气候区，冬季盛行西北风，而夏季盛行东南风。浙江北部是中国内陆腹地，在冬季，由于大气扩散条件变差及取暖导致的污染物排放增加，中国北方地区的大气污染较重，在东北风的作用下，自北方污染较重地区的SO2等酸性污染物的长距离输送在一定程度上会加重浙江地区的酸雨污染。夏季影响浙江地区的气团主要为东南海洋气团，气团比较清洁，对浙江地区酸雨污染起到一定的缓解作用。因此，酸雨污染的上述季节变化特征与盛行风向的季节变化存在密切关系，在控制酸雨污染时，应该根据盛行风向的季节变化特点和冬季酸雨受来自北方污染物的长距离输送的影响特点，加强冬季本地污染物的排放控制。

2.3 浙江地区酸雨成分变化特征

表1 2008—2009年浙江临安降水中浓度及比值Table 1 The ratio and concentration of S and N in rainwater from 2008 to 2009 in Lin′an

注：“—”表示2008年无36～38序号的样品，2008年的样品总数为35个；平均值为各组分的雨量加权平均值。下同。

2.4 酸雨发生范围及强度的空间分布特征

为揭示浙江地区酸雨发生范围、强度以及发生频率的空间分布及变化，图6～图7分别列出了2007、2012年浙江降水pH空间分布和降水酸化频率的空间分布状况。

图6 2007、2012年浙江全省酸雨空间分布对比Fig.6 Spatial distribution of rainwater acidity in 2007 and 2012 in Zhejiang

图7 2007、2012年浙江地区酸雨发生频率空间分布对比Fig.7 Spatial distribution of annual average proportion of acid rain in 2007 and 2012 in Zhejiang

由图6及图7可以看出，2007年浙北及东部沿海大部分地区均处于强酸雨区，而到2012年强酸雨发生范围较2007年有明显减小，主要为弱酸雨区，强酸雨区只呈零星状分布，主要出现在浙北的嘉兴地区、浙西北的临安地区、中部的金华盆地以及东部的舟山沿海地区，浙西南地区的酸雨污染程度也较2007年有所减轻，年均pH在5.0以上。全省酸雨发生频率的空间分布与降水pH的空间分布基本相似，在2007年，浙北以及东部沿海大部分地区的酸雨发生频率都很高，年酸雨发生频率在80%以上，而到2012年，浙北及东部沿海地区酸雨发生频率在80%以上的范围明显减小，大部分地区的酸雨频率为60%～80%，位于浙西南的衢州、丽水地区的酸雨发生频率降到了50%以下。总体来看，2007、2012年浙江全省一直处于酸雨分布区，其中浙北、浙中和东部沿海是酸雨污染较重的区域，西南地区是酸雨污染相对较轻的区域。浙北、浙中及东部沿海是浙江省经济比较发达的区域，工业化、城市化水平较高，而位于浙西南的衢州和丽水是浙江省内经济发展水平相对较差的地区。酸雨发生强度和酸雨发生频率的上述空间分布特征表明酸雨污染与地区经济发展密切相关，局地污染排放对酸雨形成具有重要贡献，控制本地污染对于防治和减轻当地酸雨污染具有重要意义。

2.5 酸雨成因分析

因煤炭使用产生的SO2是导致酸雨发生的重要原因，近年来，随着全国“一控双达标”和“总量控制”等SO2减排措施的实施，浙江地区的SO2排放量在明显减少，特别是2007年以后减少趋势更加明显(图8)，这是近年来浙江地区酸雨污染逐渐减轻的主要原因。大气中的NOx是造成酸雨污染的另一重要来源，浙江省作为国内经济发达地区，工业化、城市化整体水平较高，人口密集，近年来机动车保有量的快速增加导致大气中NOx明显增多，2010—2011年，浙江省NOx的排放量分别达到

表2 2009年浙江临安地区降水中和对降水总自由酸度的贡献Table 2 Proportion of S and N in total free acidity in rainwater sampled in Lin′an in 2009 %

3 结论

1)1992—2012年，浙江地区的酸雨污染大致经历了3个阶段：1992—1999年为酸雨改善期；2000—2004年，酸雨污染再次出现恶化；2005—2012年为酸雨再次改善期，特别是2007年之后，全省酸雨污染总体在减轻。

2)SO2排放减少是近年来浙江地区酸雨污染出现好转的重要原因，但NOx对酸雨的贡献有增加的趋势，浙江地区酸雨污染类型由过去的“硫酸型”为主转变为“硫酸硝酸混合型”，机动车排放对浙江地区酸雨污染的贡献已不容忽视，在继续减少SO2排放的同时，应加强NOx的排放控制。

3)全省酸雨污染较重的区域主要分布在浙北、浙中和东部沿海等经济发达地区，经济相对落后的浙西南地区酸雨污染较轻，酸雨污染与地区经济发展密切相关，控制本地污染排放对于防治和减轻当地酸雨污染具有重要意义。

4)浙江地区的酸雨发生范围和污染程度都存在明显的季节变化，冬季是全省酸雨污染较为严重的季节，全省均被酸雨区覆盖；夏季，全省酸雨污染明显减轻，在浙西以及浙北的部分地区出现了非酸雨区，根据酸雨污染的季节变化特点，加强冬季酸性污染物的排放控制尤为重要。

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