北京大气试验站典型环境因素监测分析

高 蒙，赖俊滨，张兴华，骆 晨，刘 明，孙志华

（中航空业北京航空材料研究院 航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室，北京 100095）

自然环境试验是评价武器装备在自然环境条件下的环境适应性和可靠性的一种重要手段，是提高装备质量及使用寿命的有效途径。然而，自然环境试验具有区域性，不同的自然环境条件会对装备产生不同的作用规律。因此，开展自然环境因素的监检测与分析工作、了解各种自然环境的特点及其环境因素的变化规律具有重要的意义[1]。

北京大气试验站是我国华北、东北和西北广大温带亚湿润区较好的自然环境试验站，是我国最早建立的环境试验站之一[2]。本文是在北京大气试验站长期监测数据积累的基础上，分析各类环境因素随时间的变化规律，获得该地区的气候特征，为装备环境适应性及可靠性评价提供了重要依据。

1 测项目及参数

根据自然环境因素对材料环境适应性能的影响程度，对北京大气试验站的气象因素及大气污染因素中的12个项目21个参数进行了长期的采集与监测。气象因素主要包括大气温度、相对湿度、降水、日照与太阳辐射量；污染物因素主要包括二氧化硫、海盐粒子、氨、二氧化氮、硫化氢、雨水组分与大气降尘，监测参数及频率详见表1。

2 样本采集与分析

环境因素（包括气象因素和大气污染物）监测样本的采集与分析，均按照国防科技工业自然环境试验站网的《自然环境因素采集及监测规程》的规定执行。

北京大气试验站环境因素的采集、监测周期为2012年1月至2014年12月，共36个月。气象因素数据通过CAWS型地面监测自动气象站在现场进行自动监测，并开展人工观测作为辅助监测方式；污染物因素数据主要通过人工方式进行采集。

3 监测结果

3.1 气象因素

本次环境气象因素的监测项目包括大气温度、相对湿度、降雨量、日照、太阳辐射等，主要是通过CAWS型地面监测自动气象站进行采集，数据经“自动气象站要素监测系统”处理及输出，并采用人工观测和其它仪器观测作为辅助，监测结果如下：

表1 环境监测项目与参数表

3.1.1 温湿度变化特征

温湿度监测采用的是HMP45D温湿传感器，采集频率为1 min/次。2012至2014年北京大气试验站月温度变化趋势如图1（a）所示，月相对湿度变化趋势如图1（b）所示。

3.1.2 降雨量

采用SL2-1型雨量传感器进行降雨量的测量，测量范围可达4 mm/min，允许误差为±4 %。图2为2012至2014年北京大气试验站降雨量的监测结果。

3.1.3 太阳辐射量

采用FBS-2-B直接辐射表对太阳直辐射量与日照时数进行自动监测记录与分析，仪器的灵敏度在7～14 μV/W·m-2范围内，误差为±1 %。2012至2014年北京大气试验站月太阳总辐射量的变化趋势如图3所示。

3.2 大气污染物

北京大气试验站大气污染物采样是采用连续法采集的方式，每次连续采集30 d。每月采集结束后取回样品，利用722型光栅分光光度计（波长范围：330～800 nm）进行污染物因素的分析。

大气中二氧化硫（SO2）2012至2014年的月沉积率监测结果如图4所示，年平均沉积率统计结果分别为0.1 892 mg/100 cm2·d，0.1 843 mg/100 cm2·d和0.0 313 mg/100 cm2·d。

图1 北京大气试验站月平均温湿度变化趋势

图2 北京大气试验站月降雨量变化趋势

图3 北京大气试验站月太阳总辐射量变化趋势

图4 北京大气试验站二氧化硫（SO2）月沉积率

图5 北京大气试验站海盐粒子(Cl-)月沉积率

图6 北京大气试验站氨(NH3)月沉积率

图7 北京大气试验站二氧化氮(NO2)月沉积率

图8 北京大气试验站硫化氢（H2S）月沉积率

表2 北京大气试验站雨水监测结果

大气中海盐粒子（以Cl-计）2012至2014年的月沉积率监测结果如图5所示，年平均沉积率统计结果分别为0.0 176 mg/100 cm2·d，0.0 207 mg/100 cm2·d和0.2 869 mg/100 cm2·d。

大气中氨（NH3）2012至2014年的月沉积率监测结果如图6所示，年平均沉积率统计结果分别为0.0 471 mg/100 cm2·d，0.0 493 mg/100 cm2·d和0.0 569 mg/100 cm2·d。

大气中二氧化氮（NO2）2012至2014年的月沉积率监测结果如图7所示，年平均沉积率统计结果分别为0.1 011 mg/100 cm2·d，0.1 052 mg/100 cm2·d和0.6 026 mg/100 cm2·d。

大气中硫化氢（H2S）2012至2014年的月沉积率监测结果如图8所示，年平均沉积率统计结果分别为0.0 571mg/100 cm2·d，0.0 597 mg/100 cm2·d和0.0 575 mg/100 cm2·d。

表3 北京大气试验站降尘监测结果

北京大气试验站雨水监测结果如表2所示。

大气中降尘的检测结果如表3所示。

4 分析与讨论

4.1 典型气候因素变化规律

1）北京地区属中纬度地区，气温比较适中。2012至2014年平均温度在12～14 ℃范围内，月平均温度变化与月份成正弦曲线规律，如图1的（a）所示；温度较高的月份出现在6、7和8月，最低温度一般出现在1、2月份；2014年的极端最高温度达到40.8 ℃，极端最低温度达到了13.2 ℃。

2）北京地区属亚湿润型气候，空气比较干燥，全年湿度较小，平均相对湿度为47 %左右，在由图1（b）可知月平均相对湿度在一年中的变化，发现湿度较高的月份一般出现在7、8月份，与平均温度较高的月份基本一致。

3）北京地区的降雨量相对较少，降雨量较大的月份主要集中在6～9月份。在监测的三年时间中，2012年月平均降雨量最大达到了412.7 mm，而2014年只有99.6 mm，每年的降雨量相差较大。

4）北京大气站由于所处地点纬度较高，太阳高度角偏小，所以太阳辐射强度偏弱。经计算，年累计总辐射量在5 600 MJ/m2以下；太阳辐射的月变化较大，具有较强的随机性，仅在冬季明显较低。

4.2 典型污染物变化规律

1）北京大气站的环境具有半乡村大气环境的特点，周边工业污染较少，尽管在一定程度上受到了城市化进程的影响，但是大气中的污染物含量仍然处于较低水平。2012至2014年的大气污染物数据的对比分析，发现北京大气试验站大气环境中的污染物以SO2、NO2的平均沉积率较高，在0.015 mg/100 cm2·d～1.0 mg/100 cm2·d范围内；H2S和NH3的平均沉积率较低：在0.02 mg/100 cm2·d～0.09 mg/100 cm2·d 范围内；Cl-的平均沉积率在2012与2013年较低：略低于0.025 mg/100 cm2·d，2014年Cl-的沉积率呈现一定程度的升高，反映出了北京大气站具有内陆性气候的特征。

2）大气降尘监测结果显示，水溶性降尘的年平均沉积率逐年增加，2014年平均沉降率已达5.8 535 g/m2·30 d，约为前两年的3倍，说明随着机动车数量、燃料燃烧量的增多导致大气降尘中易溶化合物含量随之升高；非水溶性降尘的年平均沉积率逐年下降，2014年平均沉积率为前两年的三分之一，说明随着城市绿化植被的增多，沙尘天气或沙尘暴出现再减少。

3）降雨监测结果显示，雨水中硫酸根离子浓度呈逐年下降趋势，而氯离子浓度则呈逐年上升趋势，导致雨水的pH值有所增加。

5 结论

1）北京大气站年平均温度在12～14 ℃之间，温度较高的月份出现在6、7和8月，极端最高温度一般出现6、7月份，最低温度一般出现在1、2月份。

2）北京大气站属亚湿润型气候，空气比较干燥，年平均相对湿度为47 %左右，相对湿度较高的月份一般出现在7、8月，与平均温度较高的月份基本一致。

3）北京大气站太阳辐射强度偏弱，年太阳总辐射量在5 600 MJ/m2以下，且太阳辐射的月变化较大，具有较强的随机性，仅在冬季明显较低。

4）北京大气站的污染物沉积率较低，具有内陆性气候、半乡村大气的特点。

[1]国防科工委科技与质量司，国防科技工业自然环境试验研究中心编,国防科技工业自然环境试验站网指南[M].北京:航空工业出版社,2008,3.

[2]秦晓洲,等 编著.自然环境试验站典型环境特征及腐蚀图谱[M].北京:航空工业出版社, 2010,9.