焦作酸雨特征及气象影响因素分析

李慧萍

摘 要：本文利用焦作市2008—2017年酸雨观测站的相关数据观测资料，着重针对近10a来该地区酸雨变化特征进行分析，并在此基础上探讨不同气象条件及大气污染物对酸雨的影响。结果表明：降水年平均pH值为4.74～6.75。 2008—2011年降水平均pH值均小于5.6，2012—2017年降水平均pH值均大于5.6。且近10a来，降水pH值呈波动上升的趋势。采集大于10mm以上的降水，说明近地层污染物浓度对降水酸度有重要影响。月降水电导率K值的大小与月总降水次数呈反相关;降水电导率K值总的季分布趋势为冬季>春季>秋季>夏季; 10a来年平均降水电导率K值在50～100之间波动，整体有波动下降的趋势。酸雨污染的减轻显示了大气污染防治对空气环境有较大的改善。

关键词：酸雨; pH值; K值; 影响因素

中图分类号：S161       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190830064

引言

所谓酸雨指的是pH值在5.6以下的雨、雪、雹等大气降水。人类排放的氮氧化物及硫氧化物经过各种氧化反应进而生成的硝酸及硫酸是引发酸雨的主要污染物质。近些年来，相关部门加大焦作地区空气污染治理力度，严重影响了该地区酸雨污染发展趋势。本文利用焦作市2008—2017年酸雨观测站的酸雨观测资料，针对该地区近10a酸雨变化特征进行分析，并与这一时期地面观测站天气现象、风、降水量资料相结合，探讨了影响焦作地区酸雨变化的主要气象因素。

1 资料及统计方法

焦作气象局于2008年1月1日正式开始酸雨观测，酸雨观测站位于焦作市东苑路（N35°14′，E113°16′），海拔高度112.0m。本文所用酸雨觀测资料为 2008—2017年的降水pH值及电导率K值数据。并使用上海精密科学仪器有限公司生产的pH计（PHS-3B）对降水pH值进行测定，其单位为±0.01pH。使用上海精密科学仪器有效公司生产的电导率测定仪（DDS-307）对降水电导率K值进行测定，该精度单位为0.1μS/cm。并以中国气象局《酸雨观测业务规范》中的降水量加权平均法为依据对降水平均pH值及电导率K值进行计算。

2 酸雨污染状况及特征分析

2.1 酸雨污染状况

酸雨观测降水采样的日界选取每日08：00（北京时），并选取当日08：00—次日08：00作为1个降水采样日。焦作2008 年1 月—2017年12月的观测资料共采集降水样本752条（日降水量≥0.1mm），从中剔除233条因降水量小于1.0mm而形成的不完整观测记录，剔除1条未通过K-PH不等式方法检验的观测记录，剔除94条因采样过程中有昆虫、鸟粪等生物性杂物混入致使降水样品受到污染的观测记录，本文共采用观测数据样本424条。

2008—2017年pH值随时间的变化区域越来越集中，整体呈波动上升的趋势。据统计，日降水pH值最大为 9.15，出现在2008 年1月27日，日降水pH值最小为3.76，出现在2008 年6月12日;月平均pH值最大为7.87，出现在2017年3月，月平均pH 值最小为3.99，出现在2010 年8月;月平均K 值最大为668.0，出现在2010 年1月，月平均K 值最小为33.9，出现在2017 年5月。10a共出现酸雨日46次，酸雨出现频率为10.8%。

2.2 酸雨特征分析

利用焦作10 a的424次水样，统计日降水PH 值在5.6以下的4个级别的出现频率。各级别酸雨的出现频率可以表示为下表1。

由此可见，焦作酸雨少发，且多呈弱酸雨。

3 降水pH值变化情况

3.1 酸雨出现次数和出现频率的年度变化

以2012年为分界，2008—2011年酸雨出现次数较多，且酸性较强，酸雨出现频率较大，最大值出现在2011年，达到25.5%。2012—2017年酸雨出现次数明显偏少，日降水pH<4.5，年总次数全部为0，说明2012年及以后出现酸雨时全呈弱酸性，酸雨出现频率也明显偏小，2014年全年无酸雨。

自2008年以来，年平均降水pH值呈波动上升趋势，说明酸雨强度的减弱。2008—2011年平均降水pH值均小于酸雨界线值，2012—2017年平均降水pH值均大于酸雨界线值。2012年以来，年平均降水pH值均高于10a均值5.89，反映焦作地区降水酸度明显降低，酸雨污染明显改善的趋势特征。

3.2 酸雨季节分布

焦作市位于豫西北的太行山南麓，属于暖温带大陆性季风气候，春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒少雪。而且随着季节的变化，酸雨的出现频率及其强度均发生一定程度的变化，其中冬季发生酸雨的频率最高为16.3%，其次为秋季，酸雨发生频率为13.8%，而春季及夏季发生酸雨的频率相对较低，夏季与秋季酸雨的强度较强。

3.3 酸雨各月出现情况及酸度变化

各月酸雨出现的次数不均，8月、9月出现次数较多。酸雨出现频率的差异较大，1 月出现的频率最高为25.0%、9月出现的频率次之为18.9%，3 月及 5—7 月出现的频率较低，5月为最低，达到2.6%。

4 降水电导率变化情况

4.1 降水电导率的年变化

大气降水的导电能力反映大气降水洁净程度，用电导率来度量，其定义为通过电导测量池中待测溶液的电流密度与施加其上的电场强度之比。统计10a来降水电导率，年平均降水电导率K值在50～100之间波动，整体有波动下降的趋势。K值越小，证明大气降水越洁净。

4.2 降水电导率的季节变化

统计10a来四季平均降水电导率，最大值出现在冬季，为136.8，最小值出现在夏季63.3，酸雨K值总的季分布趋势为冬季>春季>秋季>夏季。夏季雨水较多，电导率值偏小，说明降雨对空气有很强的净化作用。

4.3 降水电导率的月变化

统计10a来各月平均降水电导率，最大值出现在12月，为179.4，最小值出现在8月，为58.1，各月平均K值大致呈“U”型分布。在10a降水中，12 月出现降水次数最少，8月出现次数最多为57次，说明月降水电导率的大小与月总降水次数呈反相关。

5 酸雨污染与气象条件的关系

5.1 酸雨与风的关系

风是酸雨形成的主要气象因子之一，统计焦作2008—2017年日降水pH<5.6时的24h 的地面风 （02：00、08：00、14：00、20：00定时风），分析酸雨日能够发现，酸雨日地面风向以ENE、NE为主，这2個风向占到全部风向的27.2%，平均风速为2.4m/s。这一现象与焦作的地形及其盛行风密切相关。

5.2 酸雨与天气现象的关系

当大气层结较为稳定时，对湍流的发展起到了一定的抑制作用，为大雾天气的发生创造了有利条件。此时大气当中的污染物难以及时扩散，使出现酸性降水的频率显著增加。统计焦作2008—2017年日降水pH<5.6时，每日发报时的天气现象，除降水现象外，轻雾出现率达95.7%，说明酸雨日能见度较差，基本小于10.0km，出现轻雾、雾的机会较多。

5.3 酸雨与降水量的关系

焦作市四季降水表现不尽相同，在对酸雨进行观测时发现：降雨量不同导致其酸度存在着一定程度的差异。本文以酸雨观测获取的雨量为依据将其划分为以下4个等级，如表2。

并着重针对各种降雨等级下降水的pH平均值、K值平均值及酸雨出现频率的变化情况进行分析。

通过分析能够得出，各个等级的降水酸度、酸雨发生频率等存在着显著差异，其中1.0～50.0mm雨量等级里的pH值均低于 5.60为酸雨，随着雨量的增大，pH值呈波动变化，其中大雨的降水酸度最高为5.09;在雨量50mm以内，酸雨出现率随雨量增大逐渐增多，当降雨量≥50mm时，酸雨出现率则迅速减小。

K值的大小随着降雨的增大呈线性下降的趋势，说明雨量对空气有一定净化作用，且雨量越大，净化作用越强。

参考文献

[1] 唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]中国气象局.酸雨观测业务规范[M].北京：气象出版社，2005.