景德镇市酸雨的天气形势与气象条件分析

余 欣，陈鲍发，黄龙飞

(江西省景德镇市气象台，333000，景德镇，江西)

景德镇市酸雨的天气形势与气象条件分析

余 欣，陈鲍发，黄龙飞

(江西省景德镇市气象台，333000，景德镇，江西)

利用景德镇市酸雨、气象要素观测资料和常规天气图等资料，对景德镇酸雨的天气形势与气象条件进行分析，结果表明：1)冬季，酸雨频率大，酸性强，与冷空气将北方较重污染的气体或污染物影响有关；夏季，受南方暖湿气流作用下产生降水，酸度较低。2)景德镇市降水pH值与降水量有一定的正相关，降水量越大，pH值越大；而气压值越小，pH值越大；湿度与酸雨的相关性不如气温与酸雨的关系明显；强酸雨时主要是盛行N风和NNW风，弱酸雨或无酸雨时，多西南风分量；雾天酸性降水不仅频率高，而且酸度强。3)城乡之间存在一定的差异，污染物排放较大的企业地处城区附近，这些污染源造成景德镇市城区酸雨较农村、郊区严重。

酸雨；天气形势；气象条件；污染物

0 引言

我国酸雨(酸雨通常是指表示酸碱度指数的 pH 值低于5.6的酸性降水)正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第3大重酸雨区[1]。酸雨可造成森林退化、湖泊酸化、鱼类死亡、水生生物种群减少；农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增加，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产；使建筑物和桥梁损坏，文物面目全非[2]，酸雨污染影响因素主要是受到致酸物质的排放种类和数量、气象条件、长距离输送过程中的大气光化学反应及土壤碱性等因素的综合影响，其中，致酸雨物质的局地排放是一个不容忽视的重要影响因素[3-6]。吴建明[7]等在江西省酸雨特征分析中表明，夏半年酸雨污染较轻，其中8月的污染最轻；冬半年酸雨污染较重，其中1月的污染最为严重。李蕾[8-11]等分析了广东、重庆、山东、京津地区酸雨的特征及其趋势，这些都为本文提供了理论依据及方法。景德镇市气象台是国家基本气象站，为了监测酸雨对景德镇市的影响，景德镇市气象台于2006年7月1日开始，开展酸雨观测业务，按国家级实验室标准运行。

本文就2006年7月1日至2012年12月31日景德镇市酸雨观测资料与天气形势特点，酸雨与降水、气压、风向、风速等气象条件的关系，酸雨与SO2、NO2、PM10的关系等进行对比分析，为了解景德镇市酸雨的成因、时空变化和发展趋势，为控制和防治酸雨污染、提高环境质量，以及做好区域环境规划提供参考依据。

1 景德镇市酸雨天气形势分析

对景德镇市2006年7月1日至2012年12月31日中酸雨观测的692个样本，按pH大小选出其中最大前40名与最小40名，对比同时的高空、地面天气形势，找出这些过程的主要影响天气系统(表略)。可以看到，景德镇市最强酸雨基本上集中在冬春二季，而影响的天气系统主要为冷空气与中低层切变线。冷空气将北方污染源的酸性污染物输送到南方，而中低层切变又使得南下的酸性物质在切变线附近停滞，致使污染物堆积。污染物的输送+堆积使得景德镇市降水酸性明显增强。

非酸雨的影响系统和时段主要集中在夏季，以副热带高压与台风带来的降水为主。夏季，冷空气活动地域偏北，景德镇处江南，基本上不会受到冷空气的影响，这样北方的较强污染源对酸雨无贡献。而在副热带高压控制下的降水，多为局地性的阵性降水，而本地虽然也有污染源，但污染物总量较少，不足以产生较强酸雨。台风带来的降水，水汽来源于台风本身或东南沿海、南海，到大陆距离短，大气中SO2输送距离短，而且海洋上空的空气质量明显要好于内陆，无明显污染源，导致降水的酸性明显偏弱。

1.14次实例

1)2008年2月25日强酸雨过程，景德镇市降水量15.4 mm，pH为3.13。

地面形势：从2008年2月25日的地面图上可以看到(图1)，在贝加尔湖以南，河套以北地区有一强大冷高压，中心气压达1 050 hPa，受冷高压影响，从河套以北至长江以南我国的大部地区为偏北气流。至20:00时，冷高压中心有所东移南侵，冷空气不断扩散南下，江南偏北风有所加大。强大的冷高压带来的偏北气流将北方大量的污染物向南运输，使得南方空气中的SO2、PM10、PM2.5等酸性污染物的浓度增加。这些污染物融入云中的水体中，随着降水降落，从而导致强酸雨的形成。

高空形势：从2008年2月25日的850 hPa、925 hPa的高空图上可以看到，在中低层景德镇市附近有切变线形成。2月25日08:00时925 hPa，从安徽东南部至赣东北～赣南有偏北风与偏南风之间的切变线，景德镇市处切变线的辐合区内。2月25日20:00时850 hPa从渤海湾经浙江西北部-江西东部至广东、广西有一偏北风与西南风的切变线，切变以南的西南风较强盛，达10～12 m/s，景德镇市处切变线附近。切变线的存在，特别是切变线以南强西南气流的顶托，使得北方南下的冷空气在切变线附近汇合，污染物得到有效堆积，在降水形成的过程中融化、降落，从而加剧了酸雨的强度。而此次过程中，景德镇市均处于切变线附近，北方南下污染物不断在本地汇合、积累，从而形成了强酸雨。

2)2010年3月24日强酸雨过程，景德镇市降水量29.8 mm，pH值3.2。此次强酸雨过程同样也清楚的看到中低层切变与北方较强冷空气的作用。2010年3月24日08:00时850 hPa高空图上(图2)，可看到从日本列岛经长江口-赣东北-湖南-贵州南部有明显的切变线，切变线以北以东北气流为主，切变以南为西南风，在江西、湖南、贵州等地切变以南的西南风强盛，达10～16 m/s，景德镇正好位于切变线上。另河套西北为一强大的高压，与地面较强冷空气对应。地面图上，与2008年2月25日的形势相似，在贝加尔湖以南，河套西北地区有一强大冷高压，中心气压达1 050 hPa，其前沿冷锋已移至我国东南沿海，且从08:00-20:00，冷锋继续南下，其前沿已移出我国，不断有冷空气从贝湖以南的冷空气源地扩散出来，并入江南的锋区中，其带来的偏北气流不断将北方污染源中的污染物移入江南，受切变线的阻滞作用，在切变线附近堆积，并随着降水，降落到地面，从而加剧了降水的酸度，形成强酸雨。

图1 2008年2月25日强酸雨过程天气形势

图2 2010年3月24日强酸雨过程天气形势

从这2次影响景德镇市强酸雨过程的天气形势来看，地面冷空气与中低层切变起到了至关重要的作用，同时高空低槽的作用也不容小视，由于高空槽前的正涡度平流影响，地面会产生辐合流场，而这种流场会有利于污染物的汇聚，不利于污染的扩散，对酸雨形成也有较明显的贡献。但冬季、春季前期冷空气的作用与中低层切变线的阻滞作用，是在这些季节中酸雨酸性明显增强的主要诱因。

3)2006年8月8日非酸雨过程，景德镇市降水量12.5 mm，pH值6.59。在2006年8月8日08:00时地面图上(图3)，可以看到整个华东至日本列岛的洋面上为高压脊所控制，只是在江西东北部-安徽东南部-长江入海口有弱的辐合区存在。由于大的地面气压形势为高压，主体为下沉气流，下沉气流降落至地面必然导致地面辐散，从而有利于污染物的扩散。而在地面辐合区附近，由于局地加热作用的触发，产生的降水，其主要气流、水汽的来源为本地或靠近本地的一些区域，由于产生辐合上升运动的区域面积较小，其污染物总量有限，所以不易产生较强或明显的酸雨。 高空图上，850 hPa与500 hPa整个河套以南均受副高控制，只是在赣西北、湖北中部等地残留了一些台风登陆减弱后的低压环流，景德镇处高压环流中。河套以南强大的副热带高压系统，将北方冷空气隔绝在贝加尔湖或以北，使得北方较重的污染源无法沿气流南下，同时副热带高压是夏季北半球强大的高压系统，其控制区域以内盛行明显的下沉气流，从而有利于污染物的扩散。而受台风减弱后的低压、切变线等系统触发，景德镇市本地出现了阵性降水，由于主要水汽、辐合区源于本地，少了SO2等污染物长距离的输送，而本地产生的污染物总量少，不足以产生严重的酸雨事件。

图3 2006年8月8日副高类非酸雨过程天气形势图

4)2006年8月11日非酸雨过程，景德镇市降水量3.9 mm，pH值6.75。2006年第8号台风“桑美”在我国东南沿海登陆后，继续向偏北方向运动，并于8月11日移至赣东北附近，受其影响，景德镇市出现小雨。从08:00时的地面图、高空图上可以看到(图4)，在我国东部洋面、日本列岛及以南地区有一强大的副热带高压系统，台风沿着副高南部的东南气流向西北方向移动。500 hPa上空，副高呈带状分布，宽大的副热带高压带覆盖了长江以北至黄河流域的大部地区，将北方冷空气隔断在黄河以北。台风登陆后，强度迅速减弱，移到赣东北，减弱后的低压环流产生上升运动，并在其本身带来的水汽及副高南缘的东南气流的水汽输送作用下，产生了弱降水。由于景德镇市靠近东南沿海，由东海、南海的水汽输送距离短，而且水汽来源于东南沿海，相对大陆而言，空气质量较好，在无冷空气的作用下，污染源不明显，从而使得降水酸度较低或无酸雨。

图4 2006年8月11日台风类非酸雨过程天气形势图

不仅景德镇市酸雨呈现夏季最轻、冬季最重的特点，在江西省其他地区的酸雨观测也有这个特征。中国气象局在江西省布的酸雨观测点有5个：宜春、庐山、景德镇、广昌、赣州，因为资料庞大，只选取庐山、赣州两站，统计2009-2012年酸雨资料(表略)，庐山、赣州站点pH最小值均出现在冬季，春秋季偏小，夏季最大。

2012年酸雨观测年报指出：冬季，重酸雨区范围为全年中最大，浙、赣、湘、鄂、黔、桂等省出现较大范围的重酸雨区。这说明南方酸雨与冷空气的关系密切，夏季，北方冷空气很难侵入江淮流域，导致酸雨危害明显减少。

2 景德镇市酸雨与气象条件的关系

2.1景德镇市降水pH值与降水量的关系

将酸雨观测样本中每天的降水按量级分为小雨(R<=9.9 mm》、中雨(10=

表1景德镇市2006-2012年pH值与降水量之间的关系

降水级别小雨(364个)中雨(203个)大雨(78个)暴雨(47个)pH平均值4．374．414．564．59

可以看到，小雨的pH均值最小，观测中的692个样本pH平均值为4.42，这也与国内有些学者的研究相似[2]。暴雨的pH均值最大，47个样本中的均值是4.59。即景德镇市降水pH值与降水量有一定的正相关。

2.2景德镇市降水pH值与气压的关系

pH值与气压、K值统计关系(表2)。可看到，气压越低，pH值越大，K值越小。反之，气压越高，pH值越小，K值越小。这与冷空气有关，冬季冷空气活动频繁且冷高压强大，气压偏高，而夏季，地处江南的景德镇基本无冷空气活动，气压偏低。

2.3景德镇市降水pH值与气温、湿度的关系

统计了2006年7月-2012年12月各月平均气温、最高、最低、平均湿度、最小湿度与酸雨的关系(表3)：气温越高，pH均值就越大，7月和8月的平均气温升到最高点，分别为29.7 ℃和29.1 ℃，而此时pH均值也升至最高点，分别为4.80和4.91。气温越低，pH平均值就越小，12月、1月的气温降到最低点，而pH平均值也降到最低点，分别为3.98和4.10。湿度与酸雨月平均值之间也有一定的正相关，特别是最小湿度，在最小湿度最大的6月、7月、8月、9月这4个月中，pH平均值也达到了最大。但总体来讲，湿度与酸雨的相关性不如气温与酸雨的关系明显。

表2 景德镇市气压与降水pH值、K值的关系

2.4景德镇市降水pH值与风向的关系

经过对2006-2012年各月平均pH值分析，挑取了2个最高值分别出现在2006年8月份5.83，7月份5.58，2个最低值分别出现在2008年3月3.81，2007年12月3.69(图5)。

从月平均风向玫瑰图可以看到，弱酸雨或无酸雨时，2006年7月多了大量西南风分量，而2006年8月多了NWW、ESE风向频率，而强酸雨时主要是盛行N风和NNW风。找出10 min最大风速对应风向，将其同一风向对应的pH值进行平均，并按pH值大小进行排列。发现景德镇市风向WNW时，pH值最小，平均4.28；>风向SE时，pH值最大，平均为4.99(表略)。

表3 景德镇市气温、湿度与降水pH值的关系

图5 弱酸雨、无酸雨月和强酸雨月平均风向玫瑰图

2.5景德镇市降水pH值与特殊天气(雾)的关系

当大气层结处于稳定状态时，由于抑制了湍流的发展，容易出现雾，此时大气中污染物不易扩散，导致酸性的降水几率上升，景德镇市2006年7月至2012年12月6年半间共出现了52 d大雾天气，但只有12 d是有降水量的，总的降水量为117.2 mm，有雾时pH值均小于5.6，且有10 d的pH值小于4.5。景德镇市大雾的主要出现时段在冬半年，以11月至来年3月出现的频率最高，且12月、1月、2月、3月pH平均值最小，降水酸度大，雾天酸性降水不仅频率高，而且酸度强[8]。

2.6景德镇市酸雨与SO2、NO2、PM10含量的关系

酸雨主要是由于空气中的SO2、NO2造成的，景德镇市气象台自从2004年就开始与景德镇环保局合作开展空气质量预报，每天由环保局环境监测提供当地的SO2、NO2、可吸入颗粒物含量(PM10)观测值。统计2006年7月至2012年12月酸雨观测的692个样本中分析出各值最小、最大的2 d观测值(表略)。可以看到，pH值最小的2 d中，K值很大，分别为178和115.5；pH值最大的2 d中，K值分别为7.1和25.0，而K值均值仅为60.5，这表明景德镇市降水pH值与K值有一定的反相关，即酸雨越酸，则降水的导电率也较大，主要原因是，硫酸与硝酸等酸类的导电率肯定强于一般的水质。而pH值与本地观测到的SO2、NO2、PM10含量关系则并不突出，pH值最小的2 d中，SO2分别为0.028和0.014，它的均值为0.017，并不大，甚至还有一天小于均值，而与NO2、PM10含量关系也相似，在降水最酸时，NO2、PM10含量并不大，有的小于均值。而本地SO2含量最大的2 d中，酸雨pH值分别为3.87和4.27，都小于均值，但与最酸时的pH值2.87和2.9有明显差距。而NO2含量最大和最小2 d中，空气中含NO2最大时pH值甚至比含量最小时pH值还要大。这些都表明，景德镇市强酸雨形成的主要原因并不是本地的SO2、NO2、PM10含量大小。

同时，对2010-2012年354个样本的降水pH值与K值、SO2、NO2、PM10含量分别求相关，得pH值与K值的相关系数是-0.274 77，呈反相关，pH值与SO2含量的相关系数是-0.115 1，并通过了95%的信度检验；pH值与NO2含量的相关系数是-0.065 9,呈一定的反相关，这表明，景德镇市酸雨的形成与本地的SO2、NO2含量还是有一定的关系的。而pH值与PM10的相关系数是0.065 089，正相关，这表明景德镇市PM10含量大小对酸雨贡献不大。

2.7景德镇市气象局与环保局的酸雨资料对比分析

从2011年景德镇市气象局、环保局及其对照点王港乡3站的pH值对比可看到(表略)，环保局的年平均pH值比景德镇市局的要高，而环保局的对照点王港乡又比环保局站监测到的要高。总体来讲，环保局与气象局二站的差别更大，年均pH值相差0.32，而王港与环保局相差仅0.17。这可能是气象部门与环保部门酸雨监测的流程不同有关。

对照点(王港乡)pH值大多高于气象局与环保局测点值，说明城乡之间存在一定的差异。城市人口集中，企业多，特别是景德镇市，是世界瓷都，城区遍布瓷厂，而且景德镇市发电厂、焦化集团等污染物排放较大的企业均处城区附近，加上汽车尾汽排放等因素，这些主要污染源造成景德镇市城区酸雨较农村、郊区要严重。另外，环保局的站点观测值(包括环保局与王港乡)起伏较大，而气象局观测值则明显比环保局的起伏要小。

3 结论

本文分析景德镇市酸雨与高、低空天气形势、降水量、气温、风等气象要素及本地主要污染物SO2、NO2、PM10含量的关系，指出了景德镇市酸雨形成的主要原因，主要结论如下：

1)景德镇市冬季酸雨频率大、酸性强。冷空气将北方较重污染的气体或污染源产生的污染物，通过偏北气流输送到景德镇市上空，而由于切变等天气系统的阻挡，冷暖气团在景德镇市上空交汇，北方气流带来的污染物不断堆积，同时随着降水降落在景德镇市范围内，这是强酸雨形成的主要原因。夏季，冷空气主要在黄河以北，北方重污染源对景德镇基本无影响，主要受南方暖湿气流或台风等天气系统作用下产生降水，所以酸度较低。

2)景德镇市酸雨强度与降水量、气温、气压、风向等气象条件有一定的关系；降水量越大，pH值越大，反之，pH值越小。气压越高，pH值越小，反之pH值越大。气温越高，pH值越大，反之，pH值越小。有弱酸雨或无酸雨时，多西南风分量，而强酸雨时主要是盛行N风和NNW风。

3)景德镇市酸雨强度在城乡之间存在一定的差异。城市人口集中、企业多、汽车尾汽排放大，造成了景德镇市城区酸雨较农村、郊区要严重。

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CharacteristicAnalysisoftheMeteorologicalConditionsCausingAcidRaininJingdezhenCity

YU Xin,CHEN Baofa,HUANG Longfei

(Jingdezhen Meteorological Bureau,333000,Jingdezhen,Jiangxi,PRC)

By using acid rain data、meteorological elements data from AWS and routine synoptic data and so on,the weather situation and meteorological conditions causing acid rain have been conducted in this article.The results show that.1)In winter,the acid rain frequency high and acidity strong in Jingdezhen.This pH enomenon is related with cold air which brought heavy pollutants from the north.In summer,the acidity of acid rain that caused by warm wet moisture is decreased.2)The pH value and precipitation show certain positive correlation in Jingdezhen,the more rainfall and the lower the pressure are,the larger pH value is.The correlation between humidity and acid rain is poorer than the temperature.There are prevalent winds from north or north-northwest when sever acid rain happens,and winds from southwest during weak acid or no acid rain.However,the acidity and frequency of acid rain are more severe in a foggy day.3)The acid rain is more heavy in rural area than urban area of Jingdezhen.This is contributed by factories discharged more pollutants are most built in rural area.

acid rain;weather situation;meteorological conditions;pollutants

2014-08-14;

2014-09-22

余 欣(1980-)，女，学士，工程师，主要从事气象观测方面的工作。

江西省气象局2013年面上项目“景德镇市酸雨特征分析研究”(编号：赣气发[2013]018)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.009

X517

A

1001-3679(2014)05-0606-07