承德市酸雨变化特征及影响因素分析

张建业　吴萍萍　王晓楠　贾硕

摘要：利用承德地区2012—2018年围场国家基本气象站、丰宁国家基本气象站、承德市国家基本气象站酸雨观测资料和其他气象资料进行分析，结果表明：承德地区属于非酸雨区，多年平均降水pH值为6.2，酸雨发生频率为17%。2012—2018年，承德地区酸雨发生频率呈现递减趋势，pH值呈现升高趋势，受酸雨影响最多年份为2012年。酸雨变化特征与气温、风向风速等气象要素及当地的地形地貌、污染源等有密切关系。

关键词：酸雨;承德;pH值;气象要素

中图分类号：S161

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215039

收稿日期：2019-11-26

作者簡介：张建业（1989-），男，本科，助理工程师。研究方向：气象观测与服务。

引言

以国家标准GB/T19117-2003《酸雨观测规范》为依据，将pH值在5.6以下的大气降水定义为酸雨。大气降水主要包括雨、雪、雹等多种形式。在发生降水天气过程中，受到多种污染气体、悬浮颗粒物可溶成分、二氧化碳等多种因素的影响，降水pH值往往会发生明显变化。因此，使用降水pH值不仅能够表现出自然降水的特征，还能有效地反映出人类活动对降水的影响[1]。按照日降水pH值划分酸雨等级：pH≥5.6为非酸雨;4.5≤pH<5.6为弱酸雨;pH<4.5为强酸雨。通常情况下，大气降水的导电能力使用电导率进行度量，并以此来反映大气降水的洁净程度。通过电导测量池中待测溶液的电流密度与在其上部施加的电场强度的比值被称为大气降水的电导率。大气中的污染气体以及悬浮颗粒物可溶成分进入降水后，都会使电导率值增加。

据统计[2]，自2010年起，酸雨污染主要受氮氧化物排放量影响，随氮氧化物排放量逐年进入下降趋势，近年来我国酸雨污染的持续改善均有显著的贡献。承德市作为京津冀地区的重要组成部分，其酸雨问题备受关注。承德站、围场站、丰宁站承担承德市酸雨观测任务的3个台站，代表了承德市的气象状况。自2012年1月1日开始，3个台站同时承担酸雨观测任务，开始对降水pH值和电导率K进行长期观测。本文通过统计与分析2012—2018年承德市气象部门3个台站的酸雨观测资料，针对该地区酸雨的时空变化特征及其与气象要素之间的关系进行分析，为承德地区生态环境治理、区域社会经济可持续发展提供强有力的科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文选取资料为2012—2018年承德地区3个酸雨观测站，即承德市气象站、围场气象站、丰宁气象站的酸雨观测日数据，以及各测站降水量、10分钟风向、风速等自动观测气象资料。

1.2 统计方法

按照2个指标来评定酸雨。pH值：年平均降水pH值是否<5.6。酸雨频率F：按照QX/T372-2017《酸雨和酸雨区等级》的规定，划分酸雨频率的等级为F≤5.0%为酸雨偶发;5.0%80.0%为酸雨高发。

通常情况下，使用1a出现酸雨的降水次数与全年降水次数之间的比值对酸雨频率进行统计。某地区酸雨频率越高，表明该地区受酸雨污染影响越严重。通常使用雨量加权法计算降水的pH值，使用相关仪器设备测量每次降水过程的pH值，并将其换算为氢离子浓度。之后再按照雨量对氢离子浓度进行加权以获取氢离子浓度的平均值，其负对数即为降水pH的平均值。可以使用以下公式来表示：

2 承德地区酸雨测量结果分析

2.1 酸雨变化趋势

2012—2018年承德市降水年平均pH值区间在5.72～6.84，达到偏中性标准。与南方地区城市相比[2]，承德市降水酸性小，受酸雨污染小。近7a来，承德市降水pH值总体呈现升高趋势，降水pH最小值和酸雨最大发生频率均出现在2012年。随后除2016年酸雨发生频率略升高外，呈逐年降低趋势。2012—2018年酸雨发生频率均低于50%。

2.2 酸雨空间变化特征

由表1可知，2012—2018年承德地区除丰宁2012年年平均pH值<5.60外，其余各站各年份平均pH值均>5.60，pH值在2016年存在1个低值，其余逐年呈增大趋势。由表2可知，2012—2018年承德各地区酸雨发生频率逐年降低，围场受酸雨污染影响最小，丰宁受酸雨污染影响最大。综合可见，可见承德地区受酸雨污染影响较小，而且逐年呈改善趋势。

3 讨论

酸雨是大气物理与化学过程的综合反应，同时也是人为、自然等多种因素综合作用与影响的结果。就酸雨的形成机制而言，大量致酸前提物的排放是形成酸雨的根本原因。大气中的二氧化硫和氮氧化物等经过氧化一旦遇水就会形成硝酸、硫酸、亚硝酸等多种酸性化合物，使降水样品的pH值明显降低，与此同时降水的酸性却显著增加。而大气当中含有的碱性颗粒物、碱性气体等物体也会显著影响到降水pH值，导致pH值增加，同时降水的酸性有所减弱。进入降水之后，酸性物质往往会经过云中淋洗与云下冲刷2个过程。就致酸前体物而言，受到地形地貌及气象条件的影响，再经过云下致酸作用极易生成酸性物质，进而对当地造成一定的酸雨污染[3]。

承德市受酸雨污染较小，与承德地区以农业作为经济主体密不可分，工业、建筑业作为次要经济对承德地区环境污染影响较小。承德市酸雨发生频率比南方低，主要是由于北方土壤多为碱性，能够中和降水当中存在的酸性成分[4]。2012—2018年承德市降水的年平均pH值呈现出一定的增加趋势，而年酸雨发生频率随着年份的递增而有所降低，表明随着年份的递增，承德市酸雨状况逐年改善。

通过分析发现，四季之中，冬、春、秋季酸雨发生频率低于夏季，这主要是因为夏季气温高、湿度大、风力小，加之阳光和水蒸气浓度容易使二氧化硫遇降水发生化学反应，转化为硫酸进而沉降在部分地区。另外，风速也会对酸雨产生一定程度的影响，风速既能够对大气污染物扩散速度起到决定性作用，又能表现出受上游污染源的污染程度。当致酸污染物的输出量大于输入量时，风速在有效降低降水酸度等方面发挥着重要的缓冲作用[5]。

各个地区酸雨特征存在着一定程度的差异，且酸雨的形成原因复杂多样，不仅受到当地风向风速、温度等多种气象条件的影响，还与该地区的污染源、地形地貌等因素密切相关。承德地处东北与华北之间的过渡地带，地势呈现出由西北向东南逐渐倾斜的变化趋势。承德市南北气候表现出显著差异，并呈现出立体分布特征，导致该地区气候复杂多样。因昼夜温差大、降水量小，春秋季易出现扬尘天气;该地区风速要大于平原地区，且具有良好的自然通风条件。承德市特殊的气候与地形条件为输送、扩散与稀释大气污染物创造了有利条件。只要始终保持对环境治理的高度重视，从源头控制，就能更好的改善承德地区的酸雨污染。

参考文献

[1] 中国气象局.酸雨观测业务规范[M].北京：气象出版社，2005.

[2] 中国气象局.酸雨观测年报[M].北京：中国气象局气象探测中心，2018.

[3] 张勇.重庆市“十五”期间酸雨污染特征及成因分析[J].西南大学学报（自然科学版），2007，29（4）：164-168.

[4] 黄魏，吴建兰，申为明，等.南通市酸雨污染与成因分析[J].环境科技，2012，23（1）：53-56.

[5] 吴德辉，李白良，林长城，等.闽西北邵武市酸雨分布特征及其与气象条件的关系[J].城市环境与城市生态，2009，22（4）：33-36.

（责任编辑 贾灿）