石家莊市酸雨特征分析及其與氣象要素的關系

王娜,王文,高霞,侯曉瑋,徐義國

石家莊市酸雨特征分析及其與氣象要素的關系

王娜1,王文1,高霞2,侯曉瑋3,徐義國2

1. 南京信息工程大學, 江蘇 南京 210044 2. 保定市氣象局, 河北 保定 071000. 3. 石家莊市氣象局, 河北 石家莊 050000

該文利用 1995~2015年石家莊酸雨監測數據，結合同期氣象資料，用統計辦法將pH值及電導率數據進行數字化整理，分析不同天氣條件下（風向風速、降水、氣溫、濕度等）pH值及電導率的變化規律，對石家莊市區酸雨的狀況和與氣象要素對酸雨的影響進行綜合研究。結果表明:雨量越大, 降水的酸性會越強，值會越小。酸雨頻率隨著風速的增大而呈遞減的趨勢；隨著氣溫上升，酸雨頻率明顯降低；月平均相對濕度與月平均降水pH值的變化趨勢相反。

酸雨; pH值;值; 氣象要素

降水的pH值是表征降水(雨、雪等大氣降水）酸堿度的物理量，當其值小于5.6時稱為酸雨。通常認為，人類生產生活中排放的硫氧化物、氮氧化物在大氣中經過各種氧化反應所生成的硫酸和硝酸是引起降水酸化的主要污染物質[1]。在大氣中污染物化學性質和源場恒定的條件下，氣象因素的變化完全能夠改變或影響降水酸度。本文詳細地對石家莊市1995~2015年酸雨檢測數據進行了統計分析，結合同期觀測的溫度、降水、相對濕度、風向風速等氣象資料，進一步分析酸雨與各氣象要素的關系。

1 材料與方法

1.1 來源

酸雨觀測數據和地面常規氣象資料取自石家莊市國家基本氣象站（中國氣象局酸雨觀測站網）。該站位于38°02ˊN、114°25ˊE，海拔高度為81.0 m。每次過程降水均觀測一次氣象要素，觀測項目包含:過程降水量、降水pH值、值、降水時段、水樣溫度、云狀、風向和風速(02、08、14時和20時)、天氣現象。本文利用1995~2015年共21 a石家莊降水pH值觀測數據以及同步氣象要素資料。

1.2 計算方法

一個地區全年降水的平均pH值小于5.6的地區稱酸雨地區。一般采用雨量加權法計算降水的pH值，將測得的每次過程降水的pH值換算成濃度[H+]，然后將[H+]按雨量加權后求出平均值[H+]，再取其負對數即得到降水pH平均值。計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 酸雨頻率和pH值及K值的年際變化

1995年1月至2015年12月，石家莊國家基本氣象站在酸雨觀測過程中收集有效降水樣本（降水量＞1.0 mm）數853個，其中出現酸雨67次，強酸雨9次，21年內的酸雨發生頻率平均值為7.96%。21 a年酸雨頻率與時間呈現負相關關系，相關系數為=-4.81(<0.05)，表明21 a石家莊年平均電導率值隨時間變化上升趨勢顯著。

2.2 酸雨頻率和pH值及K值的月分布

1995~2015 a石家莊酸雨月變化及月平均降水pH值見表1。各月均有酸雨現象，其中2月發生酸雨頻率最高，為18.52﹪，6月酸雨發生頻率最低。

表1 石家莊月平均降水pH值、酸雨月變化及月平均K值

2.3 降水強度與酸雨pH值的關系

單位時間內降水量大小直接影響雨水對大氣中致酸污染物及氣溶膠沖刷作用的大小。隨著降水等級的提升，雨水pH值呈逐漸減小趨勢，在暴雨發生時雨水pH值達到最低，為4.36。由于大氣中氣溶膠粒子呈堿性，降雨過程中雨水對大氣中氣溶膠粒子的沖刷而相互反應，緩沖大氣的酸性成分。由此得到：降水量越大，雨水的酸性會越強，即pH值越小，值會越小。

2.4 風速與酸雨pH值的關系

風速的大小同樣影響到污染物的分布與擴散。通過對比分析從降水酸度與日平均風速變化，可以得出，在風力為0~1級時，降水pH值最低，為3.81；風力為2~3級時，平均pH值最高，為5.43，酸雨出現頻率隨風速上升而下降。

2.5 溫度與酸雨pH值的關系

將月平均氣溫與月平均降水pH值和月酸雨發生頻率分別進行相關性分析，分別得到相關系數1=-0.154、2=-0.803（＜0.01），說明月平均氣溫與月酸雨發生頻率呈顯著負相關。

圖1 石家莊月均氣溫、酸雨頻率和pH值變化

圖2 石家莊月均相對濕度、酸雨頻率和pH值變化

2.6 相對濕度與酸雨pH值的關系

酸雨是由SO2受大氣中懸浮顆粒物中微量金屬元素的催化作用，經雨水吸收后形成。相對濕度對降水酸度的影響主要是由于大氣的潮濕環境會促進SO2轉化成酸，硫酸形成后在會局地沉降產生酸雨。由圖2可見，月平均相對濕度與月平均降水pH值、月平均氣溫與月酸雨頻率的變化趨勢大致相反，即相對濕度升高，降水pH值降低。

3 討論

本文從實際社會需求出發，利用石家莊酸雨監測數據，結合同期氣象資料，用統計辦法將pH值及電導率數據進行數字化整理，分析不同天氣條件下（風向風速、降水、氣溫、濕度等）pH值及電導率的變化規律，對石家莊市區酸雨的狀況和與氣象要素對酸雨的影響進行綜合研究。通過分析酸雨與本地氣象要素的關系，可以評估酸雨對當地及周邊地區的影響，為本地區的農作物生產、環境部門進行政策調控提供有效的科學依據。

4 結論

通過研究分析各氣象要素對酸雨pH值和K值的影響，結果表明，月平均相對濕度、月平均氣溫與月平均降水pH值呈顯著負相關；酸雨頻率隨著風速的增大而遞減；強酸雨出現頻率隨風速上升而下降；降水量越大，雨水pH值越小，值會越小。

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Analysis of the Acid Rain Characteristics and Its Relation with Meteorological Elements in Shijiazhuang

WANG Na1, WANG Wen1, GAO Xia2, HOU Xiao-wei3, XU Yi-guo2

1.10044,2.071000,3.050000,

In this paper, using the 1995-2015 in shijiazhuang acid rain monitoring data, combined with the same period of meteorological data, statistical method will be digital, pH and conductivity data analysis under different weather conditions (wind speed, precipitation, temperature, humidity, etc.), the change rule of pH value and conductivity of acid rain in Shijiazhuang city status and study on the effects of acid rain and meteorological elements.The results show that the greater the rainfall, precipitation acidity the stronger the will, the smaller the K value is.The frequency of acid rain and the trend of decrease with the increase of wind speed.As the temperature increases, the frequency of acid rain decreased obviously; Monthly average relative humidity in contrast to the monthly average precipitation PH change trend.

Acid; pH;; meteorological elements

X5

A

1000-2324(2019)01-0075-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.016

2018-03-10

2018-04-29

王娜(1983-),女,本科,工程師.主要研究方向為綜合氣象. E-mail:532298760@qq.com