1992—2012年浙江省酸雨變化特征及成因分析

牛彧文，浦靜姣，鄧芳萍，齊 冰

1.浙江省氣象科學研究所，浙江 杭州 310008 2.杭州市氣象局，浙江 杭州 310051

由于煤炭、石油等化石燃料的燃燒和使用，其向大氣中排放的SO2、NOx等酸性氣體進入雨水會導致降水出現酸化。研究表明，酸雨對生態系統、建筑物、水體、農作物等具有重要危害[1-5]。20世紀六七十年代，酸雨先后在歐洲和北美地區被發現[6-9]，改革開放以來，隨著中國經濟的快速發展，煤炭、石油等化石燃料的使用急劇增加，長江以南成為繼歐洲和北美地區之后的世界第三大酸雨區[10-15]；酸雨給中國南方地區的環境和經濟帶來了嚴重危害，對經濟社會的可持續發展造成了不利影響[16]。浙江為經濟發達省份，是長江三角洲經濟圈的重要組成部分，過去20多年，隨著工業化、城市化進程的加快，機動車數量急劇增加，其向大氣中排放了大量酸性物質，酸雨污染已經成為浙江地區重要的環境問題[17-20]。研究以杭州地區1992—2012年連續21 a的酸雨歷史觀測數據為代表，結合2007—2012年全省13個站點的酸雨觀測數據及部分降水化學組分數據，揭示20世紀90年代以來浙江地區酸雨污染的時間變化特征、空間分布特征及其成因，為控制酸雨污染提供科學依據。

1 實驗部分

降水pH數據來自浙江省氣象局所屬的13個降水觀測站點，其中杭州站點的降水pH觀測時間為1992—2012年，其余12個站點的降水pH觀測時間為2007—2012年。觀測站點分布如圖1所示。站點覆蓋了浙江全省，能夠很好地反映浙江地區酸雨的空間分布。降水樣品的采集和pH測定均由專職監測人員按照中國氣象局發布的酸雨觀測規范進行操作，保證了數據采集的準確性、可靠性。其中，1992—2005年的降水采集是按照中國氣象局發布的《酸雨觀測方法(試行二版)》[21]的方法獲得，采樣按照降水事件進行，即每個降水事件采集1個降水樣品，為了與2006年之后的數據保持一致，當1 d內有多次降水事件時，采用雨量加權計算獲得日均pH。 2006年之后的樣品采集執行中國氣象局發布的《酸雨觀測業務規范》[22]，按照該規范，1 d采集1個降水樣品(有多次降水事件時采集1個混合樣品)，測定的pH作為日均pH。

圖1 酸雨觀測站點分布Fig.1 Distribution map of rainwater monitoring stations

2 結果與討論

2.1 酸雨污染強度年變化特征

1992—2012年，杭州站點年均降水pH、酸雨(pH<5.6)發生頻率、強酸雨(pH<4.5)發生頻率變化見圖2。

圖2 1992—2012年杭州觀測站降水pH變化趨勢Fig.2 The annual mean pH value change of rainwater from 1992 to 2012 in Hangzhou

由圖2可以看出，1992—2012年間，杭州站點的酸雨污染大致經歷了3個階段：第1個階段為1992—1999年，該階段為酸雨污染改善期，酸雨發生頻率、強酸雨發生頻率和降水酸度均呈波動下降的趨勢；第2階段為2000—2004年，該階段為酸雨污染再次惡化期，酸雨發生頻率和降水酸度均出現了上升，強酸雨發生頻率在2004年達到了66.2%，降水pH降至4.08；第3個階段為2005—2012年，該階段為酸雨污染再次改善期，降水pH出現波動上升，酸雨發生頻率波動下降，尤其是強酸雨發生頻率下降幅度較大，自2007年起，年均降水pH超過了4.5，由強酸雨轉為弱酸雨。2007年起，除杭州站點外，浙江省氣象局又在全省11個地市設立了12個酸雨站點開展酸雨觀測，由13個站點通過雨量加權計算得到2007—2012年全省降水年均pH以及酸雨發生頻率、強酸雨發生頻率，詳見圖3。

圖3 2007—2012年浙江全省降水年均pH變化趨勢Fig.3 The annual mean pH value change of rainwater from 2007 to 2012 in Zhejiang

由圖3可以看出，和杭州站點的變化趨勢基本一致，2007—2012年間，浙江全省的年均降水pH總體呈現出穩定上升的趨勢，酸雨發生頻率、強酸雨發生頻率總體處于下降趨勢，進一步表明，2007年以來，浙江地區的酸雨總體上在逐漸減輕。

2.2 酸雨發生的季節分布特征

將1992—2012年杭州站點和2007—2012年浙江全省降水按照季節進行雨量加權計算得到了平均pH，見圖4。

圖4 杭州站點和浙江全省季均降水pH變化Fig.4 Seasonal variation of rainwater pH value in Hangzhou and Zhejiang province

由圖4可以看出，浙江地區的降水存在明顯的季節變化，冬季降水平均pH最低，酸雨污染最為嚴重，夏季降水平均pH最大，酸雨污染最輕，春節和秋季的酸雨污染程度介于冬、夏之間。

圖5 為2007—2012年間浙江省降水pH在春季、夏季、秋季、冬季的空間分布狀況。

圖5 2007—2012年間浙江省降水季均pH空間分布示意圖Fig.5 Spatial distribution of rainwater acidity in spring, summer, autumn and winter during 2007 to 2012 period in Zhejiang

由圖5可以看出，浙江地區的酸雨發生范圍和污染程度同樣存在明顯的季節變化，冬季全省均被酸雨區覆蓋，尤其是浙北和東部沿海地區處于強酸雨區的影響之下；夏季，全省酸雨污染明顯減輕，在浙西南的部分地區出現了非酸雨區，全省只在浙北的臨安和東南沿海的溫州地區出現了小范圍的強酸雨分布區。春季和秋季酸雨污染程度的空間分布同樣介于冬季和夏季之間。浙江屬于典型的亞熱帶季風氣候區，冬季盛行西北風，而夏季盛行東南風。浙江北部是中國內陸腹地，在冬季，由于大氣擴散條件變差及取暖導致的污染物排放增加，中國北方地區的大氣污染較重，在東北風的作用下，自北方污染較重地區的SO2等酸性污染物的長距離輸送在一定程度上會加重浙江地區的酸雨污染。夏季影響浙江地區的氣團主要為東南海洋氣團，氣團比較清潔，對浙江地區酸雨污染起到一定的緩解作用。因此，酸雨污染的上述季節變化特征與盛行風向的季節變化存在密切關系，在控制酸雨污染時，應該根據盛行風向的季節變化特點和冬季酸雨受來自北方污染物的長距離輸送的影響特點，加強冬季本地污染物的排放控制。

2.3 浙江地區酸雨成分變化特征

表1 2008—2009年浙江臨安降水中濃度及比值Table 1 The ratio and concentration of S and N in rainwater from 2008 to 2009 in Lin′an

注：“—”表示2008年無36～38序號的樣品，2008年的樣品總數為35個；平均值為各組分的雨量加權平均值。下同。

2.4 酸雨發生范圍及強度的空間分布特征

為揭示浙江地區酸雨發生范圍、強度以及發生頻率的空間分布及變化，圖6～圖7分別列出了2007、2012年浙江降水pH空間分布和降水酸化頻率的空間分布狀況。

圖6 2007、2012年浙江全省酸雨空間分布對比Fig.6 Spatial distribution of rainwater acidity in 2007 and 2012 in Zhejiang

圖7 2007、2012年浙江地區酸雨發生頻率空間分布對比Fig.7 Spatial distribution of annual average proportion of acid rain in 2007 and 2012 in Zhejiang

由圖6及圖7可以看出，2007年浙北及東部沿海大部分地區均處于強酸雨區，而到2012年強酸雨發生范圍較2007年有明顯減小，主要為弱酸雨區，強酸雨區只呈零星狀分布，主要出現在浙北的嘉興地區、浙西北的臨安地區、中部的金華盆地以及東部的舟山沿海地區，浙西南地區的酸雨污染程度也較2007年有所減輕，年均pH在5.0以上。全省酸雨發生頻率的空間分布與降水pH的空間分布基本相似，在2007年，浙北以及東部沿海大部分地區的酸雨發生頻率都很高，年酸雨發生頻率在80%以上，而到2012年，浙北及東部沿海地區酸雨發生頻率在80%以上的范圍明顯減小，大部分地區的酸雨頻率為60%～80%，位于浙西南的衢州、麗水地區的酸雨發生頻率降到了50%以下。總體來看，2007、2012年浙江全省一直處于酸雨分布區，其中浙北、浙中和東部沿海是酸雨污染較重的區域，西南地區是酸雨污染相對較輕的區域。浙北、浙中及東部沿海是浙江省經濟比較發達的區域，工業化、城市化水平較高，而位于浙西南的衢州和麗水是浙江省內經濟發展水平相對較差的地區。酸雨發生強度和酸雨發生頻率的上述空間分布特征表明酸雨污染與地區經濟發展密切相關，局地污染排放對酸雨形成具有重要貢獻，控制本地污染對于防治和減輕當地酸雨污染具有重要意義。

2.5 酸雨成因分析

因煤炭使用產生的SO2是導致酸雨發生的重要原因，近年來，隨著全國“一控雙達標”和“總量控制”等SO2減排措施的實施，浙江地區的SO2排放量在明顯減少，特別是2007年以后減少趨勢更加明顯(圖8)，這是近年來浙江地區酸雨污染逐漸減輕的主要原因。大氣中的NOx是造成酸雨污染的另一重要來源，浙江省作為國內經濟發達地區，工業化、城市化整體水平較高，人口密集，近年來機動車保有量的快速增加導致大氣中NOx明顯增多，2010—2011年，浙江省NOx的排放量分別達到

表2 2009年浙江臨安地區降水中和對降水總自由酸度的貢獻Table 2 Proportion of S and N in total free acidity in rainwater sampled in Lin′an in 2009 %

3 結論

1)1992—2012年，浙江地區的酸雨污染大致經歷了3個階段：1992—1999年為酸雨改善期；2000—2004年，酸雨污染再次出現惡化；2005—2012年為酸雨再次改善期，特別是2007年之后，全省酸雨污染總體在減輕。

2)SO2排放減少是近年來浙江地區酸雨污染出現好轉的重要原因，但NOx對酸雨的貢獻有增加的趨勢，浙江地區酸雨污染類型由過去的“硫酸型”為主轉變為“硫酸硝酸混合型”，機動車排放對浙江地區酸雨污染的貢獻已不容忽視，在繼續減少SO2排放的同時，應加強NOx的排放控制。

3)全省酸雨污染較重的區域主要分布在浙北、浙中和東部沿海等經濟發達地區，經濟相對落后的浙西南地區酸雨污染較輕，酸雨污染與地區經濟發展密切相關，控制本地污染排放對于防治和減輕當地酸雨污染具有重要意義。

4)浙江地區的酸雨發生范圍和污染程度都存在明顯的季節變化，冬季是全省酸雨污染較為嚴重的季節，全省均被酸雨區覆蓋；夏季，全省酸雨污染明顯減輕，在浙西以及浙北的部分地區出現了非酸雨區，根據酸雨污染的季節變化特點，加強冬季酸性污染物的排放控制尤為重要。

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