2016—2022年云南思茅酸雨变化特征分析

2024-02-19后秀芳陈莹谢时杨杨关盈

农业灾害研究 2024年11期

摘要：利用云南省思茅地区2016—2022年酸雨观测资料和气象资料，结合后向轨迹和聚类分析方法，对思茅地区酸雨的变化趋势和来源进行分析，结果表明：2016—2022年思茅地区降水除2020年外，呈现pH年均值整体升高、酸雨频率下降的趋势，表明该地区酸雨状况正在逐步好转；月均pH值与月降水量基本一致，呈现夏季高、冬季低的特征，月酸雨频率夏季最低，冬季最高；风向对思茅地区的酸雨频率具有明显影响，静风条件下酸雨频率最高，E-ESE-SE-SSE来向的风、SSW-SW-WSW-W来向风导致的酸雨频率较高，结合后向轨迹分析表明，思茅地区周边的缅甸、越南、老挝等国家烧荒等引起的污染物输送是影响思茅地区酸雨的重要原因。

关键词：思茅；酸雨；频率；后向轨迹；烧荒

中图分类号：X517 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

酸雨污染会造成大量的间接或即时性的经济损失且会对生态环境产生负面效应，如土壤质量恶化、人畜健康受损等，酸雨污染已成为亟需解决的环境问题之一。我国南部与北部的酸雨强度有显著的地带差异，其中南方的污染更为明显且更加严峻，这与南方土壤碱性物质含量低、大气中碱性和酸性物质浓度比低于北方、气象条件等综合因素有关[1]。石春娥等[2]发现长江三角洲、华北等地的污染源对安徽酸雨的发展具有重要影响。张近扬等[3]利用气流路径分类的方法探讨了桂林市酸雨的源头。

云南是我国煤炭资源大省，其产量位居全国第八，酸雨问题备受关注[4]。韦霞等[5]统计发现思茅地区1993—2012年酸雨频率达到46%。强酸雨频率为10%，酸雨频率出现2次先升后降的趋势，这表明思茅地区酸雨在云南有着不同于其他地区的特殊性。向峰等[6]分析表明云南省“十二五”期间酸雨污染总体呈下降趋势。徐丽霞等[7]对云南省主要城市酸雨污染特征及趋势进行分析，发现2016—2020年降水pH平均值呈逐年上升趋势。为此，研究对思茅地区2016—2022年的酸雨和地面气象资料进行分析，为环境保护、政策制定等提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

数据为思茅国家基本气象观测站（100°59′28E、22°48′58N，海拔1 416.2 m）2016—2022年酸雨及地面气象资料。针对酸雨日测量结果，使用K-pH不等式方法进行质控，此方法可用于酸雨观测站网的pH值和电导率数据的现场校验及数据质量分析评估，具体见汤洁等[8]的文献。

用于计算气团后向轨迹的三维格点资料数据源自美国国家环境预报中心（National Centers for Enviro- nmental Prediction，NCEP）的全球数据同化系统，水平分辨率为1°×1°，垂直方向分为1 000～10 hPa，一共分为17层，一日资料分为4个时次，即00：00、06：00、12：00、18：00。

1.2 研究方法

1.2.1 统计方法

按照中国气象局酸雨观测业务规范中规定的方法，通过降水量加权平均值计算年、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酸碱度被表示为pHi，而降水量Vi则是其变化量。

计算酸雨频率的方法如下：

F=×100%（2）

式（2）中，F代表计算时间段内相应级别酸雨次数与总降水次数的比值，级别酸雨是指pH值小于5.6的降水。

1.2.2 后向轨迹分析

后向轨迹能较好地表示污染气团在到达目的地前经过的地区，利用美国国家海洋和大气管理局开发的轨迹模式HYSPLIT4.8模式，结合NCEP的全球数据同化系统资料进行分析[9]。以思茅区为中心，分析强酸雨日和特强酸雨日（pH值＜4.5）气流后向轨迹，每日选取世界时00：00、06：00、12：00、18：00的气流轨迹，进行后向72 h的轨迹计算。并通过聚类分析方法对相似轨迹进行分类，得到代表性气团轨迹来源，为保持与降水云团高度基本一致，本模拟起始高度设定为

1 500 m。

2 结果与分析

2.1 酸雨的年变化特征

对2016—2022年思茅地区降水pH年均值进行质控，采用气象行业标准，按照式（1）和（2）计算得到逐年降水pH年均值（图1）。2016—2022年降水pH年均值呈现整体增加的趋势，表明酸雨情况逐渐好转。其中，2021、2022年降水pH年均值均＞5.6，为非酸性降水。结合表1给出的2016—2022年酸雨频率来看，年均酸雨频率也呈现了整体下降趋势，且与降水pH年均值变化趋势基本一致。2020年降水pH年均值显著下降至4.9，为较弱酸雨等级，且总酸雨频率、弱酸雨频率和强酸雨频率升高，这可能与当年气候环境变化、能源消耗、其他偶发因素等原因有关。此外，从年降水量与降水pH年均值的关系来看，两者不存在对应关系，节能减排导致的污染排放减少，从而导致降水pH年均值上升，酸雨频率整体下降。

2.2 酸雨的月变化特征

通过式（1）和（2）得到2016—2022年降水pH值的月变化特征，图2为1—12月降水月均pH值和月均降水量分布特征。从月均降水与降水月均pH值的关系来看，整体呈现出夏季高、冬季低的特征，这可能与思茅地区夏季为降雨期、空气扩散条件较好有关，两者均呈现上升趋势。而冬季能源消耗增加、大气扩散条件较差导致降水pH值下降，在2、4和11月降水pH值呈现弱酸雨，其中，2月最低，其他月份降水为较弱酸雨。此外，冬季思茅地区以西南风为主，且该季节境外烧荒导致酸性降水增加，降水pH值下降，思茅地区距离边境较近，更易受到境外烧荒污染影响。

从酸雨的月发生频率来看（表2），易发生酸雨的月份为1、2、10月。其中，弱酸雨、强酸雨和特强酸雨均易发生在2月，这与2月降水pH值最低、酸度最强的原因一致，主要是扩散条件差、污染输送、降水量偏少。2016—2022年平均频率为48%左右，与韦霞等观测到的1993—2012年的发生频率基本一致（约46%）。结合表2可以看出，近两年来酸雨频率显著下降到30%以下，但仍处于“酸雨多发”的等级。

2.3 风对思茅酸雨的影响

风是影响酸雨形成的重要因素，风向决定着大气中污染物的输送方法，图3a为2016—2022年思茅地区的风玫瑰图，由图3可见思茅地区主导风向为SW的风，该方向距离边境较近。尤其缅甸处于思茅地区西南100余km外，而风玫瑰的ESE-S-W扇区外（100～200 km外）为缅甸，存在烧荒、垃圾焚烧等现象，会对思茅地区产生影响。图3b为2016—2022年思茅地区不同风向下的酸雨频率。酸雨频率最高的为静风，高达75%，E-ESE-SE-SSE来向的风、SSW-SW-WSW-W来向风导致的酸雨频率较高，这可能由于思茅距离边境较近，易受到境外老挝、缅甸、越南等国家垃圾焚烧、开荒等影响，从而导致即使在静风条件下的酸雨频率也较高，在上述风向扇区内，境外春种烧荒等导致的酸雨频率升高。

2.4 气流后向轨迹分析

为进一步分析思茅地区降水pH值受到境外烧荒等因素的影响情况，选取降水pH值＜4.5的降水日进行气团来源的轨迹分析。以思茅地区1 500 m高度为起始高度，采用HYSPLIT模式，GDAS资料计算世界时00：00、06：00、12：00、18：00的后向72 h气流来向，总计获得32条轨迹，经过聚类后获得5条轨迹（图4和表3）。强酸雨和特强酸雨均来自偏东、偏南和偏西方向，其中，偏西方向来源占比最大，为40.63%，说明来自缅甸等地区的气团导致强酸雨和特强酸雨的比例较高。结合表3可知，来自该方向的气团降水pH值为4.10。其次为2号轨迹，该轨迹占比为18.75%，但对应的pH值最低为2.50。该气团来向为东南方向，经过越南和云南省内，且轨迹较短，说明思茅附近区域短距离输送的气团容易引起特强酸雨，3号轨迹占比15.63%，仍为短距离输送为主。2号和3号短距离轨迹总计占比34.38%，这也说明了静风条件下酸雨频率最高的原因。4号气团对应的占比为12.50%。该气团轨迹均为2018年7月20日降水来向的气团，对应的降水pH值为4.35，该气团途经我国广西中西部、越南北部、云南东部。5号轨迹对应的气团来向为老挝等地区，占比12.50%，对应的pH值为4.02。其轨迹与3号轨迹方向基本一致，但距离更远，表明较长距离的偏南气流也可导致思茅地区出现强酸雨。

3 结论

（1）思茅地区从2016—2022年酸雨发生频率总体呈现下降趋势，降水pH值呈现整体上升趋势，表明该地区酸雨情况正在逐步好转。

（2）思茅地区酸雨频率冬季高、夏季低，酸雨的月均pH值与酸雨频率相反，呈现夏季高、冬季低的特征，与该地区降水的分布特征基本一致。

（3）思茅地区酸雨频率受到风向的明显影响，静风条件下最易发生酸雨，E-ESE-SE-SSE、SSW-SW-WSW-W两个扇区来向风导致的酸雨频率最高，该来向的境外烧荒等污染因素是导致思茅地区酸雨污染的主要原因。

（4）72 h后向轨迹分析进一步表明，思茅地区强酸雨和特强酸雨的主要气流来向为缅甸、越南、老挝等地区。短距离输送是导致思茅地区静风条件下酸雨频率偏高的原因之一。

参考文献

[1] 王文兴.中国酸雨成因研究[J].中国环境科学，1994（5）：323 -325，327-329.

[2] 石春娥，邱明燕，张爱民，等.安徽省酸雨分布特征和发展趋势及其影响因子[J].环境科学，2010，31（6）：1675-1681.

[3] 张近扬，黄石磊，黄跃武，等.基于气流轨迹聚类分析方法浅析桂林市酸雨来源[J].环境监测管理与技术，2015，27（2）： 22-25.

[4] 张镭，孙伯刚，任梵.云南煤炭资源应用和煤化工产业发展现状及展望[J].云南化工，2019，46（11）：40-47.

[5] 韦霞，潘月鹏，竺夏英，等.云南思茅地区近20年（1993—2012）酸雨及酸沉降量变化规律[J].环境化学，2014，33（8）： 1361-1365.

[6] 向峰，胡勇，王健，等.云南省“十二五”期间酸雨污染状况及趋势分析[J].环境科学导刊，2019，38（5）：42-48.