北京大氣試驗站典型環境因素監測分析

高 蒙，賴俊濱，張興華，駱 晨，劉 明，孫志華

（中航空業北京航空材料研究院 航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室，北京 100095）

自然環境試驗是評價武器裝備在自然環境條件下的環境適應性和可靠性的一種重要手段，是提高裝備質量及使用壽命的有效途徑。然而，自然環境試驗具有區域性，不同的自然環境條件會對裝備產生不同的作用規律。因此，開展自然環境因素的監檢測與分析工作、了解各種自然環境的特點及其環境因素的變化規律具有重要的意義[1]。

北京大氣試驗站是我國華北、東北和西北廣大溫帶亞濕潤區較好的自然環境試驗站，是我國最早建立的環境試驗站之一[2]。本文是在北京大氣試驗站長期監測數據積累的基礎上，分析各類環境因素隨時間的變化規律，獲得該地區的氣候特征，為裝備環境適應性及可靠性評價提供了重要依據。

1 測項目及參數

根據自然環境因素對材料環境適應性能的影響程度，對北京大氣試驗站的氣象因素及大氣污染因素中的12個項目21個參數進行了長期的采集與監測。氣象因素主要包括大氣溫度、相對濕度、降水、日照與太陽輻射量；污染物因素主要包括二氧化硫、海鹽粒子、氨、二氧化氮、硫化氫、雨水組分與大氣降塵，監測參數及頻率詳見表1。

2 樣本采集與分析

環境因素（包括氣象因素和大氣污染物）監測樣本的采集與分析，均按照國防科技工業自然環境試驗站網的《自然環境因素采集及監測規程》的規定執行。

北京大氣試驗站環境因素的采集、監測周期為2012年1月至2014年12月，共36個月。氣象因素數據通過CAWS型地面監測自動氣象站在現場進行自動監測，并開展人工觀測作為輔助監測方式；污染物因素數據主要通過人工方式進行采集。

3 監測結果

3.1 氣象因素

本次環境氣象因素的監測項目包括大氣溫度、相對濕度、降雨量、日照、太陽輻射等，主要是通過CAWS型地面監測自動氣象站進行采集，數據經“自動氣象站要素監測系統”處理及輸出，并采用人工觀測和其它儀器觀測作為輔助，監測結果如下：

表1 環境監測項目與參數表

3.1.1 溫濕度變化特征

溫濕度監測采用的是HMP45D溫濕傳感器，采集頻率為1 min/次。2012至2014年北京大氣試驗站月溫度變化趨勢如圖1（a）所示，月相對濕度變化趨勢如圖1（b）所示。

3.1.2 降雨量

采用SL2-1型雨量傳感器進行降雨量的測量，測量范圍可達4 mm/min，允許誤差為±4 %。圖2為2012至2014年北京大氣試驗站降雨量的監測結果。

3.1.3 太陽輻射量

采用FBS-2-B直接輻射表對太陽直輻射量與日照時數進行自動監測記錄與分析，儀器的靈敏度在7～14 μV/W·m-2范圍內，誤差為±1 %。2012至2014年北京大氣試驗站月太陽總輻射量的變化趨勢如圖3所示。

3.2 大氣污染物

北京大氣試驗站大氣污染物采樣是采用連續法采集的方式，每次連續采集30 d。每月采集結束后取回樣品，利用722型光柵分光光度計（波長范圍：330～800 nm）進行污染物因素的分析。

大氣中二氧化硫（SO2）2012至2014年的月沉積率監測結果如圖4所示，年平均沉積率統計結果分別為0.1 892 mg/100 cm2·d，0.1 843 mg/100 cm2·d和0.0 313 mg/100 cm2·d。

圖1 北京大氣試驗站月平均溫濕度變化趨勢

圖2 北京大氣試驗站月降雨量變化趨勢

圖3 北京大氣試驗站月太陽總輻射量變化趨勢

圖4 北京大氣試驗站二氧化硫（SO2）月沉積率

圖5 北京大氣試驗站海鹽粒子(Cl-)月沉積率

圖6 北京大氣試驗站氨(NH3)月沉積率

圖7 北京大氣試驗站二氧化氮(NO2)月沉積率

圖8 北京大氣試驗站硫化氫（H2S）月沉積率

表2 北京大氣試驗站雨水監測結果

大氣中海鹽粒子（以Cl-計）2012至2014年的月沉積率監測結果如圖5所示，年平均沉積率統計結果分別為0.0 176 mg/100 cm2·d，0.0 207 mg/100 cm2·d和0.2 869 mg/100 cm2·d。

大氣中氨（NH3）2012至2014年的月沉積率監測結果如圖6所示，年平均沉積率統計結果分別為0.0 471 mg/100 cm2·d，0.0 493 mg/100 cm2·d和0.0 569 mg/100 cm2·d。

大氣中二氧化氮（NO2）2012至2014年的月沉積率監測結果如圖7所示，年平均沉積率統計結果分別為0.1 011 mg/100 cm2·d，0.1 052 mg/100 cm2·d和0.6 026 mg/100 cm2·d。

大氣中硫化氫（H2S）2012至2014年的月沉積率監測結果如圖8所示，年平均沉積率統計結果分別為0.0 571mg/100 cm2·d，0.0 597 mg/100 cm2·d和0.0 575 mg/100 cm2·d。

表3 北京大氣試驗站降塵監測結果

北京大氣試驗站雨水監測結果如表2所示。

大氣中降塵的檢測結果如表3所示。

4 分析與討論

4.1 典型氣候因素變化規律

1）北京地區屬中緯度地區，氣溫比較適中。2012至2014年平均溫度在12～14 ℃范圍內，月平均溫度變化與月份成正弦曲線規律，如圖1的（a）所示；溫度較高的月份出現在6、7和8月，最低溫度一般出現在1、2月份；2014年的極端最高溫度達到40.8 ℃，極端最低溫度達到了13.2 ℃。

2）北京地區屬亞濕潤型氣候，空氣比較干燥，全年濕度較小，平均相對濕度為47 %左右，在由圖1（b）可知月平均相對濕度在一年中的變化，發現濕度較高的月份一般出現在7、8月份，與平均溫度較高的月份基本一致。

3）北京地區的降雨量相對較少，降雨量較大的月份主要集中在6～9月份。在監測的三年時間中，2012年月平均降雨量最大達到了412.7 mm，而2014年只有99.6 mm，每年的降雨量相差較大。

4）北京大氣站由于所處地點緯度較高，太陽高度角偏小，所以太陽輻射強度偏弱。經計算，年累計總輻射量在5 600 MJ/m2以下；太陽輻射的月變化較大，具有較強的隨機性，僅在冬季明顯較低。

4.2 典型污染物變化規律

1）北京大氣站的環境具有半鄉村大氣環境的特點，周邊工業污染較少，盡管在一定程度上受到了城市化進程的影響，但是大氣中的污染物含量仍然處于較低水平。2012至2014年的大氣污染物數據的對比分析，發現北京大氣試驗站大氣環境中的污染物以SO2、NO2的平均沉積率較高，在0.015 mg/100 cm2·d～1.0 mg/100 cm2·d范圍內；H2S和NH3的平均沉積率較低：在0.02 mg/100 cm2·d～0.09 mg/100 cm2·d 范圍內；Cl-的平均沉積率在2012與2013年較低：略低于0.025 mg/100 cm2·d，2014年Cl-的沉積率呈現一定程度的升高，反映出了北京大氣站具有內陸性氣候的特征。

2）大氣降塵監測結果顯示，水溶性降塵的年平均沉積率逐年增加，2014年平均沉降率已達5.8 535 g/m2·30 d，約為前兩年的3倍，說明隨著機動車數量、燃料燃燒量的增多導致大氣降塵中易溶化合物含量隨之升高；非水溶性降塵的年平均沉積率逐年下降，2014年平均沉積率為前兩年的三分之一，說明隨著城市綠化植被的增多，沙塵天氣或沙塵暴出現再減少。

3）降雨監測結果顯示，雨水中硫酸根離子濃度呈逐年下降趨勢，而氯離子濃度則呈逐年上升趨勢，導致雨水的pH值有所增加。

5 結論

1）北京大氣站年平均溫度在12～14 ℃之間，溫度較高的月份出現在6、7和8月，極端最高溫度一般出現6、7月份，最低溫度一般出現在1、2月份。

2）北京大氣站屬亞濕潤型氣候，空氣比較干燥，年平均相對濕度為47 %左右，相對濕度較高的月份一般出現在7、8月，與平均溫度較高的月份基本一致。

3）北京大氣站太陽輻射強度偏弱，年太陽總輻射量在5 600 MJ/m2以下，且太陽輻射的月變化較大，具有較強的隨機性，僅在冬季明顯較低。

4）北京大氣站的污染物沉積率較低，具有內陸性氣候、半鄉村大氣的特點。

[1]國防科工委科技與質量司，國防科技工業自然環境試驗研究中心編,國防科技工業自然環境試驗站網指南[M].北京:航空工業出版社,2008,3.

[2]秦曉洲,等 編著.自然環境試驗站典型環境特征及腐蝕圖譜[M].北京:航空工業出版社, 2010,9.