濟南酸雨變化特征分析

蒲章緒 崔云鵬

摘 要：利用濟南龜山國家基本氣象站2009—2018年的10a年酸雨氣象觀測資料統計數據，分析闡述了近10a酸雨的年、月變化特征、pH和頻率的關系。前5a的pH偏低，后5a的pH逐漸上升，說明出現酸雨的降水天氣逐漸降低。pH月平均最大值出現在6月，最小值出現在2月。pH與頻率在年變化和月變化中均呈明顯的負相關。

關鍵詞：酸雨；pH值；頻率

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515058

引言

酸雨是指pH<5.60的大氣降水（降水包括液態降水、固態降水和混合降水）。在降水過程中溶解了空氣中的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等，從而形成了pH<5.60的酸性降水。酸雨對土壤、建筑物和人體健康等危害程度較大，如：土壤的長期酸化會造成植物中毒，甚至死亡；酸雨可以導致建筑材料強度降低損壞建筑物；酸雨可使人體免疫力下降，極易造成呼吸道、眼部等疾病發生。十多年來由于二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物的排放量日漸增多，問題較為突出。利用濟南（龜山）國家基本氣象觀測站2009—2018年酸雨（pH值）觀測資料進行了分析，以期找到并提供防治酸雨對大氣環境造成污染的科學依據。

濟南（龜山）國家基本氣象觀測站，位于濟南南郊十六里河萬壽路東首龜山山頂，N36°36′、E117°00′，海拔高度107.3m。地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低。屬于暖溫帶大陸性季風氣候，日照充分四季分明，年平均氣溫13.6℃，1月份最低平均氣溫-1.9℃，7月份最高平均氣溫27.0℃，年平均降水量650～700mm。

1 資料和方法

本文所用資料為濟南（龜山）國家基本氣象站2009—2018年的酸雨觀測資料。

1.1 采樣

降水樣品的采集工作包括降水采樣桶的準備、取用、安放、采樣、取回等步驟。

安放和取回采樣桶時，不得用手和其他物品接觸采樣桶的內壁和降水樣品，以防污染降水樣品影響測量結果，為避免在安放、收取采樣桶時其它物品意外落入采樣桶內，造成降水樣品污染，操作人員應該在下風方向打開或蓋上采樣桶蓋。

每日北京時間08：00為酸雨觀測降水采樣的日界，當日08：00一次日08：00為1個降水采樣日。在1個降水采樣日內，無論降水是否有間隔及間隔長短，降水量達到1.0mm時，必須采集1個日降水樣品；降水量不足1.0mm時，棄樣不測。1個降水采樣日的1次連續降水過程，只采樣1次；若1個降水采樣日內有數次降水過程，則進行多次采樣，并將其合并為1個降水樣品。

1.2 pH、頻率

酸雨是指pH<5.6的大氣降水。空氣中主要是由21%氧氣、78%氮氣、0.037%二氧化碳、水汽和其它惰性氣體組成。在大氣中，二氧化碳易溶解于水，形成碳酸。

CO2+H2O=H2C03M（碳酸）碳酸是弱酸，在水中分2步發生電離：

H2CO3=H++HCO-3 HCO- 3=H++CO23-

根據二氧化碳在大氣中的濃度和常溫下在水中的溶解度，可以計算出潔凈降水中氫離子的濃度，并由此得出其pH 5.6。在未受人類活動影響得偏遠地區，自然降水的pH一般多在5.00～5.20左右，因為除了二氧化碳以外，自然大氣中還存在一些其它酸性物質，可使降水進一步酸化，故以pH<5.6作為酸雨的標準。

pH<5.6的出現頻率，取降水pH<5.6（不含5.6）的次數，按照下列公式計算pH的出現頻率，即：

F[<5.6]= （N[<5.6]/N總）×100%

式中，F[<5.6] 為pH<5.6的頻率，N[<5.6] 為pH低于5.6的次數，N總為當月進行的pH觀測次數。

2 結果與分析

2.1 成因

濟南大氣污染排放總體分為：11個工業園和5個工業集聚區，且分布著本市主要的鋼鐵、石化等企業，耗能高、面廣、污染排放點等，空氣經過廠區后二氧化硫等會產生污染源；機動車輛保有量近160萬輛，主要集中于市區，也是污染源之一；地形地貌、城市化建設等都是會造成酸雨的原因。

2.2 酸雨的年變化特征

2.2.1 pH值的年變化特征

由圖1可知，年平均最大pH 6.75，出現在2015年；年平均最小值是5.61，出現在2011年；2009—2013年pH變化范圍在5.61～5.77之間，變化幅度較小；2014—2018年pH變化范圍在6.15～6.75之間，處在較高位置。由此可以看出前5a的pH偏低，后5a的pH逐漸上升，說明出現酸雨的降水天氣逐漸降低。

2.2.2 頻率的年變化特征

最大值是55%，出現在2012年；最小值是0%，分別出現在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出現頻率為上升趨勢，且值較高；2013—2017年酸雨的出現頻率處為下降趨勢，值較低；2018年略有回升。濟南屬于弱酸地區，2015—2018年酸雨出現頻率僅0%～9%，酸雨污染大為減輕。這是由于濟南市污染排放政策的事實和脫硫技術措施的提高，使得SO2污染控制區內酸性污染氣體排放減少所引起。

2.2.3 pH值和頻率具有明顯的負相關

2009—2013年pH相對偏低，酸雨的出現頻率相對較高；2014—2018年pH相對偏高，酸雨的出現頻率相對較低。

2.3 酸雨的月變化特征

2.3.1 pH的月變化特征

由圖2可知，1—12月份月平均pH，在5.83～6.15之間，平均pH>5.60。月平均最大pH為6.15，出現在6月份；月平均最小pH為5.83，出現在2月份。

2.3.2 頻率的月變化特征

由圖2可知，1—12月份酸雨月平均出現頻率變化范圍為0%～40%；月最多出現頻率為40%，分別出現在5月、8月份；最少出現頻率為0%，出現在12月份；1—3月份酸雨出現頻率為相對低值時段。從氣象條件看，濟南隨著風環流的建立，降水充沛時使空氣中致酸物質的濕沉降作用明顯，導致降水pH值相對較高，酸雨的出現頻率相對較低，反之較高。

2.3.3 酸雨pH值和出現頻率呈負相關

從1—12月酸雨pH值的變化范圍與1—12月酸雨出現頻率的數據對比分析可以看出負相關明顯，如5月、8月、11月份的平均pH為相對低值，而酸雨的出現頻率為相對高值。4月、6月、7月、9月、10月、12月的pH值為相對高值，而酸雨的出現頻率位相對低值。

3 結論

利用濟南龜山國家基本氣象站2009—2018年酸雨觀測月報表資料，統計分析了酸雨月、年平均pH、酸雨出現頻率的變化特征和趨勢，得出了以下結果。

3.1 年變化特征

年平均最大pH 6.75，出現在2015年；年平均最小值是5.61，出現在2011年。2009—2013年pH處在低位，且變化幅度較小；2014—2018年pH處在高位。由此可以說明出現酸雨的降水天氣逐漸降低。

酸雨頻率最大值是55%，出現在2012年；最小值是0%，分別出現在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出現頻率為上升趨勢，且值較高；2013—2017年酸雨的出現頻率處為下降趨勢，值較低；2018年略有回升。

3.2 月變化特征

月平均pH在5.83～6.15之間，月平均最大pH為6.15，出現在6月份；月平均最小pH為5.83，出現在2月份。

月平均出現頻率變化范圍為0%～40%；月最多出現頻率為40%，分別出現在5月、8月份；最少出現頻率為0%，出現在12月份。

3.3 pH與頻率的關系

濟南市酸雨的pH與出現頻率，在年變化和月變化中均呈明顯的負相關。

3.4 建議

2010年國家“十一五規劃”的有效落實，減少了二氧化硫等污染物的排放量，有效遏制了酸雨的出現頻率，但酸雨危害依舊存在不可掉以輕心。

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