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济南酸雨变化特征分析

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  摘 要:利用济南龟山国家基本气象站2009—2018年的10a年酸雨气象观测资料统计数据,分析阐述了近10a酸雨的年、月变化特征、pH和频率的关系。前5a的pH偏低,后5a的pH逐渐上升,说明出现酸雨的降水天气逐渐降低。pH月平均最大值出现在6月,最小值出现在2月。pH与频率在年变化和月变化中均呈明显的负相关。
  关键词:酸雨;pH值;频率
  中图分类号:S16 文献标识码:A
  DOI:10.19754/j.nyyjs.20190515058
  引言
  酸雨是指pH<5.60的大气降水(降水包括液态降水、固态降水和混合降水)。在降水过程中溶解了空气中的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等,从而形成了pH<5.60的酸性降水。酸雨对土壤、建筑物和人體健康等危害程度较大,如:土壤的长期酸化会造成植物中毒,甚至死亡;酸雨可以导致建筑材料强度降低损坏建筑物;酸雨可使人体免疫力下降,极易造成呼吸道、眼部等疾病发生。十多年来由于二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物的排放量日渐增多,问题较为突出。利用济南(龟山)国家基本气象观测站2009—2018年酸雨(pH值)观测资料进行了分析,以期找到并提供防治酸雨对大气环境造成污染的科学依据。
  济南(龟山)国家基本气象观测站,位于济南南郊十六里河万寿路东首龟山山顶,N36°36′、E117°00′,海拔高度107.3m。地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上,地势南高北低。属于暖温带大陆性季风气候,日照充分四季分明,年平均气温13.6℃,1月份最低平均气温-1.9℃,7月份最高平均气温27.0℃,年平均降水量650~700mm。
  1 资料和方法
  本文所用资料为济南(龟山)国家基本气象站2009—2018年的酸雨观测资料。
  1.1 采样
  降水样品的采集工作包括降水采样桶的准备、取用、安放、采样、取回等步骤。
  安放和取回采样桶时,不得用手和其他物品接触采样桶的内壁和降水样品,以防污染降水样品影响测量结果,为避免在安放、收取采样桶时其它物品意外落入采样桶内,造成降水样品污染,操作人员应该在下风方向打开或盖上采样桶盖。
  每日北京时间08:00为酸雨观测降水采样的日界,当日08:00一次日08:00为1个降水采样日。在1个降水采样日内,无论降水是否有间隔及间隔长短,降水量达到1.0mm时,必须采集1个日降水样品;降水量不足1.0mm时,弃样不测。1个降水采样日的1次连续降水过程,只采样1次;若1个降水采样日内有数次降水过程,则进行多次采样,并将其合并为1个降水样品。
  1.2 pH、频率
  酸雨是指pH<5.6的大气降水。空气中主要是由21%氧气、78%氮气、0.037%二氧化碳、水汽和其它惰性气体组成。在大气中,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步发生电离:
  H2CO3=H++HCO-3 HCO- 3=H++CO23-
  根据二氧化碳在大气中的浓度和常温下在水中的溶解度,可以计算出洁净降水中氢离子的浓度,并由此得出其pH 5.6。在未受人类活动影响得偏远地区,自然降水的pH一般多在5.00~5.20左右,因为除了二氧化碳以外,自然大气中还存在一些其它酸性物质,可使降水进一步酸化,故以pH<5.6作为酸雨的标准。
  pH<5.6的出现频率,取降水pH<5.6(不含5.6)的次数,按照下列公式计算pH的出现频率,即:
  F[<5.6]= (N[<5.6]/N总)×100%
  式中,F[<5.6] 为pH<5.6的频率,N[<5.6] 为pH低于5.6的次数,N总为当月进行的pH观测次数。
  2 结果与分析
  2.1 成因
  济南大气污染排放总体分为:11个工业园和5个工业集聚区,且分布着本市主要的钢铁、石化等企业,耗能高、面广、污染排放点等,空气经过厂区后二氧化硫等会产生污染源;机动车辆保有量近160万辆,主要集中于市区,也是污染源之一;地形地貌、城市化建设等都是会造成酸雨的原因。
  2.2 酸雨的年变化特征
  2.2.1 pH值的年变化特征
  由图1可知,年平均最大pH 6.75,出现在2015年;年平均最小值是5.61,出现在2011年;2009—2013年pH变化范围在5.61~5.77之间,变化幅度较小;2014—2018年pH变化范围在6.15~6.75之间,处在较高位置。由此可以看出前5a的pH偏低,后5a的pH逐渐上升,说明出现酸雨的降水天气逐渐降低。
  2.2.2 频率的年变化特征
  最大值是55%,出现在2012年;最小值是0%,分别出现在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出现频率为上升趋势,且值较高;2013—2017年酸雨的出现频率处为下降趋势,值较低;2018年略有回升。济南属于弱酸地区,2015—2018年酸雨出现频率仅0%~9%,酸雨污染大为减轻。这是由于济南市污染排放政策的事实和脱硫技术措施的提高,使得SO2污染控制区内酸性污染气体排放减少所引起。
  2.2.3 pH值和频率具有明显的负相关
  2009—2013年pH相对偏低,酸雨的出现频率相对较高;2014—2018年pH相对偏高,酸雨的出现频率相对较低。
  2.3 酸雨的月变化特征
  2.3.1 pH的月变化特征
  由图2可知,1—12月份月平均pH,在5.83~6.15之间,平均pH>5.60。月平均最大pH为6.15,出现在6月份;月平均最小pH为5.83,出现在2月份。   2.3.2 频率的月变化特征
  由图2可知,1—12月份酸雨月平均出现频率变化范围为0%~40%;月最多出现频率为40%,分别出现在5月、8月份;最少出现频率为0%,出现在12月份;1—3月份酸雨出现频率为相对低值时段。从气象条件看,济南随着风环流的建立,降水充沛时使空气中致酸物质的湿沉降作用明显,导致降水pH值相对较高,酸雨的出现频率相对较低,反之较高。
  2.3.3 酸雨pH值和出现频率呈负相关
  从1—12月酸雨pH值的变化范围与1—12月酸雨出现频率的数据对比分析可以看出负相关明显,如5月、8月、11月份的平均pH为相对低值,而酸雨的出现频率为相对高值。4月、6月、7月、9月、10月、12月的pH值为相对高值,而酸雨的出现频率位相对低值。
  3 结论
  利用济南龟山国家基本气象站2009—2018年酸雨观测月报表资料,统计分析了酸雨月、年平均pH、酸雨出现频率的变化特征和趋势,得出了以下结果。
  3.1 年变化特征
  年平均最大pH 6.75,出现在2015年;年平均最小值是5.61,出现在2011年。2009—2013年pH处在低位,且变化幅度较小;2014—2018年pH处在高位。由此可以说明出现酸雨的降水天气逐渐降低。
  酸雨频率最大值是55%,出现在2012年;最小值是0%,分别出现在2015年、2016年、2017年。2009—2012年酸雨的出现频率为上升趋势,且值较高;2013—2017年酸雨的出现频率处为下降趋势,值较低;2018年略有回升。
  3.2 月变化特征
  月平均pH在5.83~6.15之间,月平均最大pH为6.15,出现在6月份;月平均最小pH为5.83,出现在2月份。
  月平均出现频率变化范围为0%~40%;月最多出现频率为40%,分别出现在5月、8月份;最少出现频率为0%,出现在12月份。
  3.3 pH与频率的关系
  济南市酸雨的pH与出现频率,在年变化和月变化中均呈明显的负相关。
  3.4 建议
  2010年国家“十一五规划”的有效落实,减少了二氧化硫等污染物的排放量,有效遏制了酸雨的出现频率,但酸雨危害依旧存在不可掉以轻心。
  参考文献
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