西安市酸雨的氣候特征及氣象條件分析

妙娟利

(陜西省氣象信息中心，西安 710014)

西安市酸雨的氣候特征及氣象條件分析

妙娟利

(陜西省氣象信息中心，西安 710014)

摘 要：利用1990—2009年西安市酸雨觀測站的酸雨觀測資料并結合當時的氣象條件(風、降水、霧)，分析了20 a來西安市酸雨變化特征以及不同氣象條件對酸雨的影響。結果表明：西安市發生酸雨的頻率為27.4%，季節變化明顯，其中12月最高，10月最低；酸雨pH值波動幅度1998—2004年最大，2005—2009年最小且趨于平穩；大雨天氣、風速≤3 m/s或有霧時易發生酸雨；出現酸雨時，風向以東北風居多。

關鍵詞：酸雨；pH值；酸雨頻率；氣象條件

酸雨是指pH值小于5.60的大氣降水(雨、雪、雹等)[1]3。通常認為，人類排放的硫氧化物和氮氧化物在大氣環境中經過各種氧化反應生成的硫酸和硝酸是導致降水酸化的主要致酸污染物質[2]。隨著現代工業的快速發展，人口劇增和城市化過程的加快，燃煤、燃油排放的硫氧化物和氮氧化物逐年增加[3-4]，酸雨的頻率和覆蓋率明顯增加，酸雨污染日趨嚴重[5]。我國酸雨區主體位于長江以南的廣大地區，北方也存在小范圍的酸雨區。從全國來看，酸雨發生的范圍總體上呈擴大趨勢，北方酸雨發生范圍擴大明顯，南方基本保持不變，酸雨污染重災區由西南逐步轉移至華中和華南中部[6]。我國酸雨面積已占國土面積的40%，成為繼歐洲和北美之后的第三大酸雨區[7]，西安市處于我國酸雨區西北邊緣。研究酸雨變化特征及與氣象條件的關系，有利于更有效的治理酸雨。利用1990—2009年西安市酸雨觀測站的數據，對西安市酸雨變化特征及其與氣象條件的關系進行分析和探討。

1 資料與方法

西安市酸雨觀測站是中國氣象局于1989年設立的第一批國家級酸雨觀測站，所用資料為1990—2009年西安市酸雨觀測站的降水pH值以及降水量、風向風速、霧等地面氣象觀測資料，共收集有效樣本989次。

根據國家環境保護總局制定的降水酸度分級標準，將pH值分為5個級別：小于4.00為強酸性，4.00～4.49為較強酸性，4.50～5.59為弱酸性，5.60～7.00為中性，大于7.00為堿性[8]。將12月—翌年2月、3—5月、6—8月、9—11月劃分為冬、春、夏、秋四季。

2 西安市酸雨特征

2.1 降水pH值月變化

西安地處關中平原，土壤呈弱堿性。由圖1可知，20 a來西安市降水pH值月平均變化不明顯，在5.60～6.48之間，5—10月pH值居中，無明顯變化，1—4月、11—12月pH值變化波動幅度較大。大氣降水pH值的這種月變化，是酸性廢氣排放、大氣降水量和沙塵活動等多因素綜合作用的結果。每年11月到次年3月為西安市取暖期，因為消耗大量燃料，大氣中SO2和NOX的濃度增加，為酸雨形成提供了豐富的物源；春季沙塵暴活動頻繁，氣候干燥，地面浮塵多，降水偏少，使得大氣中弱堿性濃度大且滯留時間長，因此在此期間降水pH值月起伏較大。5—10月降水明顯增加，對大氣中浮塵有洗滌作 用，所以降水pH值變化比較平穩。月pH值最小值在3.55～4.75之間，變化起伏較大，而且西安每月都有酸雨出現。

圖1 西安降水pH值月平均、月最小逐月變化

2.2 酸雨pH值月變化

酸雨頻率是指在降水總次數中，pH值小于5.60的降水發生的比例，即：酸雨頻率=(酸雨樣品數/降水樣品數)×100%[1]24。由圖2知，酸雨頻率有明顯的月變化，10月最低，為15%；在降水偏少的12月最高，為47%。西安市酸雨頻率為27.4%。酸雨pH值與月酸雨頻率基本上呈反相位關系，在酸雨頻率高的1、3、6、9、12月，酸雨pH值偏小；反之，酸雨頻率低的2、4、7月，酸雨pH值偏大。酸雨頻率季節分布從大到小依次為冬季、春季、秋季、夏季，與西安市SO2月際變化[9]相吻合。冬季酸雨頻率遠遠高于其他季節。酸雨頻率的季節性變化主要是由于冬季取暖燃燒化石燃料，排放大量的SO2和NOX；夏季降水多，強度大，對空氣中的塵埃具有較強的洗滌作用。

圖2 西安酸雨pH值月平均及頻率月變化

2.3 降水pH值年變化

圖3為1990—2009年西安市降水pH值年際變化。20 a來西安市降水pH值年平均值為5.95，年際變化分為三個時段：1990—1997年變化呈雙峰型，峰值為1993年的5.99和1996年的6.01，低谷為1992年的5.64和1995年的5.60，這7 a中變化較??；1998—2005年也呈雙峰型，但與前一時段相比，波動變化較大，峰值為1999年的6.69和2003年的6.59，低谷為2002年的5.75和2005年的5.59；2005年后，降水pH值的年際變化逐漸趨于平穩。

圖3 西安降水pH值年際變化

20 a降水最大pH值和最小pH值的平均值分別為7.40、4.49，年際變化特征：1990—1992年，最大值和最小值逐漸靠近平均值，從1993年開始，最大值和最小值逐漸偏離平均值，1995年偏離程度最大，隨后又逐漸靠近平均值，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離平均值，最大值在1999年，為8.53，最小值在2000年，為3.55，也是20 a中的極值；從2001年開始最大和最小值逐漸靠近平均值，2002—2009年，最大、最小和平均值三者變化趨勢基本一致。

降水pH值這種年際變化的原因為：1997年開始的“煤改氣工程”，顯著降低了SO2排放量，降水pH值有所回升。2000年后，隨著城市新一輪產業結構調整，工業廢氣排放量有所下降，但機動車輛迅速增加，西安機動車保有量在2010年3月已突破100萬輛，此后不足9個月，全市就增加了16萬輛機動車，由此交通尾氣排放量增大，城市大氣中NOX濃度增大，為酸雨的形成提供了新的物源。

2.4 酸雨pH值年變化

由圖4可知，1990—1997年酸雨pH值年際變化不明顯，年平均值在5.00～5.34之間，酸雨頻率為19%～45%；1998—2009年，酸雨pH值的年變化波動幅度較大，年平均值在4.61～5.40之間，其中2個高峰出現在1998年、2003—2004年，2個低谷出現在2000年、2006年，1998—2002年酸雨頻率有明顯的上升趨勢，2003年明顯下降，隨后在2004年又出現了上升，2005—2009年，酸雨頻率相對平穩。1998年酸雨頻率2%,為20 a年中最低值。

圖4 西安酸雨pH值和頻率年變化

3 酸雨與氣象條件的關系

3.1 酸雨與降水強度的關系

將每次酸雨監測期間所得的降水量(R)劃分為5個等級(毛毛雨為0.1 mm≤R<2.0 mm,小雨為2.0 mm≤R<10.0 mm，中雨為10.0 mm≤R<25.0 mm，大雨為25.0 mm≤R<50.0 mm，暴雨為R≥50.0 mm),并對西安市不同降水等級下的降水pH值、酸雨頻率的變化進行分析(見表1)?？梢姡好總€降水等級里的pH平均值均大于5.6，降水越大，pH值越低；暴雨天氣時酸雨頻率最小，其次是毛毛雨、小到中雨，最大的是大雨天氣。毛毛雨時，降水強度弱，不利于空氣中的顆粒物下降：暴雨時，降水對空氣中的顆粒物有沖刷和稀釋作用，所以在這兩種降水天氣下，不利于酸雨出現。在小雨、中雨、大雨天氣時，容易出現酸雨。

表1 不同降水等級下的降水pH值、

3.2 酸雨與風的關系

風對大氣中污染物的擴散和輸送起著決定性的作用。統計西安酸雨日定時風向(圖5)發現，西安發生酸雨時，風向以東北風居多，其次是西風和西南風。

圖5 西安出現酸雨時的風向玫瑰圖

西安地處關中盆地中部，受地形影響年平均風速為1.6 m/s，在觀測的20 a中，出現酸雨271次，其風速分布見表2。當風速≤3 m/s時，污染顆粒不易擴散，酸雨頻率為84.9%，風速逐漸增大，出現酸雨的頻率越來越小。

表2 西安酸雨與風速對應情況

3.3 酸雨與霧的關系

霧形成的天氣條件是低層風速小，濕度較大，大氣層結穩定，大氣中的污染物不宜擴散，加之水汽充沛，一旦降水很容易形成酸雨。西安20 a中出現酸雨271次,有霧的達93次,占34.3%。

4 結論

4.1 西安市發生酸雨的頻率為27.4%。降水pH值在降水量多的5—10月變化平穩，在降水量偏少的1—4月、11—12月波動幅度大。酸雨pH值與月酸雨頻率基本上呈反相位關系，在酸雨頻率高的1、3、6、9、12月，酸雨pH值偏小；反之，酸雨頻率低的2、4、7月，酸雨pH值偏大。酸雨頻率有明顯的季節性，從大到小依次為冬季、春季、秋季、夏季，12月最高，10月最低，每個月都有酸雨出現。

4.2 降水pH值在1990—1997年、1998—2005年兩個階段均呈雙峰型，但后一階段比前一階段波動幅度明顯偏大，2005年后，降水pH值的年際變化逐漸趨于平穩。

4.3 1990—1997年酸雨pH值年際變化波動幅度小，1998—2004年波動幅度大，2005—2009又趨于平穩。

4.4 毛毛雨或暴雨時，不利于酸雨出現；在小雨、中雨或大雨天氣時，容易出現酸雨。風速≤3 m/s時，酸雨頻率為84.9%，風速逐漸增大，酸雨頻率越來越小。有霧時易發生酸雨。西安市出現酸雨時，風向以東北風居多，其次是西風和西南風。

參考文獻：

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中圖分類號：X517

A

文章編號：1006-4354(2013)05-0036-04

收稿日期：2013-05-29

作者簡介：妙娟利(1977—)，女，陜西岐山人，學士，工程師，從事地面氣象數據質量控制與資料應用。