武冈地区近10年酸雨变化特征及影响因素分析

武冈地区近 10年酸雨变化特征及影响因素分析

王博雅 1 ，卿晨雨 2 ，覃勇 3 ，李雪娇 1

邵阳市气象局，邵阳 422000； 2. 常宁市气象局，常宁 421500 ； 3. 武冈市气象局，武冈 422400

摘要：本文利用武冈地区2006~2019年酸雨观测资料和地面气象要素资料，使用统计学分析方法，对武冈地区的酸雨变化特征及气象影响因素进行分析研究。结果表明： 2006~2019年降水样本的平均pH值为5.07，酸雨样本平均pH值为4.56，平均降水pH值呈现出增加的趋势，年均酸雨频率则呈现出逐年下降的趋势；13年间，武冈地区各月的多年平均pH值均高于4.56，属于弱酸性或非酸性，秋冬季节为武冈地区酸雨发生频率较高的季节；当 偏北风向出现时，酸雨出现几率是最大的，说明武冈地区出现偏北风时更容易形成酸雨，风速超过4.0m/s，酸雨出现频率最低；降水量对酸雨出现频率的影响较大，受到降雨冲刷和稀释的共同作用，酸雨天气出现频率减少。

关键词：酸雨 变化特征 影响因素 武冈地区

引言

酸雨是pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水，对水体、植物、土壤、文化建筑、人体建筑等产生不同程度的影响或破坏，是当前世界上的重大环境污染问题。我国的酸雨区主要分布在长江南部，以西南和华南地区较为突出。武冈属于华南地区，环境污染问题较为严重，尽管对武冈地区的酸雨研究开展了一系列工作，但酸雨的形成机制复杂，影响因素众多，不仅与致酸前体物质有关，也与气象条件关系密切。气象条件影响酸性污染物的扩散和输送、化学转化。对武冈地区近些年的酸雨变化特征及影响因素进行分析，对于该地的综合大气污染防治具有十分重要的意义。

1、研究资料和方法

利用武冈地区2006年1月~2019年12月的逐次酸雨观测资料，包括降水酸度（pH）、降水量、降水发生时间的气象要素资料（风向、风速）等，使用统计学分析方法，对武冈地区的酸雨变化特征及气象影响因素进行分析研究，以期为当地环境气象预报和酸雨污染防治提供参考借鉴。

2、武冈地区酸雨变化特征

2.1酸雨年际变化

武冈地区2006~2019年降水样本的平均pH值为5.07，酸雨样本平均pH值为4.56，其中年平均降水pH值的最大值为5.47酸性最低，出现在2010年；年平均降水pH最小值酸性最大为4.33，出现在2006年，两者之间相差1.1。近13年间武冈地区的平均降水pH值有所起伏，总体呈现出酸性增加的趋势。

通过对武冈地区逐时间段的酸雨进行分析，其中2006~2010年武冈地区降雨pH值<5.6出现频率为64%，弱酸雨、强酸雨、特强酸雨和特重酸雨出现频率分别为20%、17%、13%、13%。平均降水pH值为4.70；2011~2015年，武冈地区酸雨出现频率为77%，弱酸雨、强酸雨、特强酸雨和特重酸雨出现频率分别为26%、18%、8%、5%，平均降水pH值为4.72； 2016~2019年，武冈地区酸雨出现频率为67%，弱酸雨、强酸雨、特强酸雨和特重酸雨出现频率分别为28%、18%、6%、1%，平均降水pH值为4.65。图1为 2006~2019年武冈地区不同酸度酸雨频率和平均降水pH值变化趋势图，武冈地区平均降水pH值呈现出先增加后减少的趋势。

图1 2006~2019年武冈地区降水pH值变化趋势图

2.2酸雨年内变化

结合武冈地区气候特点，以3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月到次年2月为冬季。酸雨在各月、各季的变化如表1所示，从表中可以看出，近13年武冈地区春、夏、秋、冬四季的酸性降水的平均pH值分别为5.05、5.36、4.95、4.89，春季和夏季酸雨出现频率最小。其中冬季降水酸度最强pH值为4.89，1月份的降水样本酸度为全年最强，平均pH值为4.77；夏季降水的酸度最弱，平均pH值为5.36，7月份的降水酸性最小，pH值为5.47。结合酸雨出现频率，冬季酸雨出现频率最大，高达80.9%，每年2月份酸雨出现的频率最大高达83%；10月份降水平均pH值酸性为5.97全年最弱。从地形条件来分析，邵阳市属江南丘陵大地形区，地形地势的基本特点是：地形类型多样，山地、丘陵、岗地、平地、平原各类地貌兼有，以丘陵、山地为主，山地和丘陵约占全市面积的三分之二。造成酸雨季节性差异的主要原因是秋、冬季邵阳地区高空波动和冷空气活动过程较频繁，北方的扩散南下，由于地形影响，大气污染物难以向外扩散，故降水酸化的程度较严重。在冷空气减弱和气温回升期间云层低、湿度大且风速小，大气层结稳定的天气形势，影响了空气中各种污染物的扩散、稀释，使污染物不易扩散，大气中的SO_２和NO₂等致酸前体物的浓度比其他季节高。由此说明武冈酸雨有明显的季节化分布特征。

3、气象条件对酸雨的影响

3.1酸雨与风向风速之间的关系

相关研究结果表明，高空1500m高度处的风向风速对局部地区降水酸度变化的指示意义较为明显，说明伴随天气系统的大气环流对局地酸雨形成的影响较大。从酸雨发生的风向分析（如图2），武冈本站酸雨发生的日主导风向主要集中在C、N、NNE 偏北风向扇区内，酸雨出现几率较大，出现频率均在70%以上。2006-2019年的降水酸性样本为4616个，最多的北风（N,1031个），其次为东北偏北风（NNE，914个）说明武冈地区出现偏北风时更容易形成酸雨，在静风出现时酸雨频率最大为75%，然而，酸雨的发生在风向的具体分配上却存在着一定的差异。SE风向与SW风向时的酸雨频率都在60%左右，说明武冈地区的酸雨与风向之间有很大的关联性。

图2 2006~2019年武冈地区酸雨期间风向频率图

如表2所述，当日平均风速低于1.5m/s时，降水的发生频率相对较高，此种天气的地面风速较小，空气水平运动缓慢，对于污染物的稀释和扩散极为不利，近地层大气污染物易聚集，很容易加重酸雨污染情况；当日平均风速增大到1.6~3.3m/s时，酸雨出现频率下降为66.1%；当风速增加到3.4~4.0m/s时，酸雨出现频率稍有回升，达到了72.0%；当风速增加了4.0m/s时，酸性降水出现频率下降为52.8%。由此可知，风速较大时对于污染物的稀释和扩散极为有利。

表2 2006~2019年武冈地区风速与酸雨频率的关系

3.2降水对酸雨的影响

降水强度能改变降水的酸性程度，武冈地区的年内降水主要在夏季（6~8月）较为集中，是全年降水量的一半左右。秋、冬季邵阳地区多出现短波槽东移、中低层切变线和地面冷空气扩散南下的天气形势，在这些天气形势下，秋、冬季邵阳地区盛行偏北风，北方大气污染物随冷空气扩散南下，邵阳地区多低山丘陵，风速小，空气流动性差，SO₂和NO₂等污染物不易扩散，大气中尘埃为酸性。从降水量来看，秋季主要受地面冷高压控制，秋高气爽，冬季多为阴雨天气，降水较夏季节的显著偏少，湿度大，静风多，影响了空气中的污染物的扩散、稀释，导致大气污染物的浓度增大，空气污染物较严重。且从降水强度来看，秋、冬季降水强度小，污染物不易稀释，所以降水样本pH值较低。而夏季节邵阳多出现副热带高压及其边缘、低涡切变、台风及其外围的天气形势，这些天气形势有利于SO

₂和NO₂等污染物扩散，且夏季降水以阵性为主、强度大，有利于酸性污染物的稀释，降水样本pH值较大，且夏季盛行偏南风，北方的大气污染物不会扩散南下。如表3所示，小雨和中雨级别的降水酸雨出现频率均在70%以上，之后则随着降水量的增加，酸雨出现频率不断下降。由此可以看出，一次降水过程降水量越小，被捕获和冲刷的大气碱性气溶胶粒子也越少，碱性气溶胶较少对降水中酸性粒子的中和作用随之减弱，此时的降水pH值也降低酸性数值增强，酸雨出现频率就会增加。降水量级较小、降水强度较弱时，不利于空气中各种污染物的扩散、稀释，空气中的大气污染物的浓度就较大，降水中的酸性粒子也较多，pH值较低，酸性频率也较大。若是降水量级别达到暴雨级别以上时，受到降雨冲刷和稀释的共同作用，酸雨天气出现频率减少。

表3 2006~2019年武冈地区降水量级与酸雨频率的关系

结论：

（1）2006~2019年降水样本的平均pH值为5.1，酸雨样本平均pH值为4.7，平均降水pH值呈现出增加的趋势，年均酸雨频率则呈现出逐年下降的趋势。

（2）13年间，武冈地区各月的多年平均pH值均高于4.7，属于弱酸性或非酸性，秋冬季节为武冈地区酸雨发生频率较高的季节。

（3）当C、NNE、NW、NE、N、WNW风向出现时，酸雨出现几率是最大的，说明武冈地区出现偏北风时更容易形成酸雨，风速超过4.0m/s，酸雨出现频率最低。

（4）降水量对酸雨出现频率的影响较大，受到降雨冲刷和稀释的共同作用，酸雨天气出现频率减少。

参考文献：

[1]黄菊梅,何筱仙,吴思雁,等.洞庭湖滨湖酸雨特征及气象影响因子［J］.象与环境科学，2019，42(2):82-88.

[2]吴建明,邹海波,贺志明.江西省酸雨变化特征及其与气象条件的关系［J］.气象与减灾研究，2012，35(2):45-50．

作者简介：王博雅（1991.05），女，汉族，湖南省邵阳市人，本科，助理工程师，从事防雷工程，通信工程工作。