柳州市酸雨现状及其与气象条件关系的分析

程倩倩，唐国敏，安佳君，刘永裕

（柳州市农业气象试验站，广西 柳州 545003）

1 引言

酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪、雹等大气降水，分为三个等级：强（重）酸雨：pH 值＜4.5；弱（轻）酸雨：4.5≤pH 值＜5.6；非酸雨：pH 值≥5.6。 降水酸度的变化除了受当地大气污染物化学性质和源场变化的影响外，气象条件的变化对降水酸度的影响也是相当明显的［1］。中国已成为继欧洲和北美之后的第三大酸雨区［2－3］，广西地处华南酸雨区，是酸雨灾害较为严重的省份，据汤洁［4］等研究表明，广西属于重酸雨区。“九五”期间，国家把广西11个地市、33个县（市）列入酸雨控制区，频繁的酸雨灾害也成为制约广西可持续发展的重要因素。柳州作为广西最重要的工业城市，开展酸雨综合防治是实施可持续发展战略的迫切需要［5］。

本文利用2008～2016年柳州市气象局酸雨监测点监测的降水pH值资料，结合对应观测的降水量、风向，来探讨和分析柳州市酸雨年际变化特征及气象条件与降水酸度、酸雨出现率之间的关系［6－9］，旨在为今后开展柳州市酸雨控制和治理研究工作提供客观依据。

2 资料与方法

本文所用的酸雨资料为柳州酸雨观测站2008～2016年的日降水pH值和酸雨频率的统计数据，柳州酸雨观测站的pH计是雷磁PHS－3B型精密pH测定仪。年、季、和月平均pH值计算式采用氢离子浓度雨量加权法计算，年、季、月平均酸雨发生频率采用发生酸性降水的天数占酸雨观测总天数的百分比计算［10－11］，月酸雨资料统计分析采用中国气象局大气成分中心推广的酸雨观测通讯处理ARDataCPS软件。

降水pH值的平均值计算公式如下：

式（1）中R为酸雨监测期间的降水量，单位为mm。

3 柳州酸雨现状

3.1 柳州市酸雨年变化

表1为2008～2016年柳州市降水pH年平均值及其酸雨出现率情况一览表。由表1可见，2008～2016年9a柳州市的降水pH年平均值为4.70，降水呈酸性，其中2009年降水pH年平均值最低只有4.17，为强酸年，2016年的降水pH年平均值虽然是9a中最高的年份，但也有5.24。9a柳州市的酸雨出现率介于49.2%～87%之间，年平均发生频率为68.4%，酸雨出现率比较高。虽然柳州市前几年酸雨程度比较严重，但是近年来有减弱趋势。其年降水酸性和酸雨年平均发生频率自2008年到2016年以来呈缓慢减弱趋势。

表1 2008～2016年柳州市酸雨出现率及pH年平均值情况一览表Table1 The rate of acid rain and pH annual mean value in Liuzhou from 2008 to 2016

由图1中可以看出，柳州市的降水pH值基本呈逐年增大趋势，降水酸度有所减弱，2016年最弱，由图1还可以见，强酸雨发生频率与弱酸雨发生频率成正相关，弱酸雨的发生频率大概是强酸雨的一倍，2008年以后酸雨发生频率有所减弱，但在2011年又增长达到9a内发生频率最大值，2011年以后弱酸雨和强酸雨发生频率都缓慢减弱，2016年达到酸雨发生频率最小值。

图1 2008～2016年平均PH值及酸酸雨出现频率

3.2 柳州市酸雨的季节变化

柳州市四季的划分为：春季为3～6月、夏季为7～9 月、秋季为 10～11 月、冬季为 12～2 月。

图2为2008～2016年间不同季节降水pH值及酸雨出现频率变化图，由图可见，季节降水pH值与酸雨出现率成反比，pH值越大，酸雨发生频率越低，其中，冬季和春季pH值最低，分别为 4.35和4.46，表示冬、春两季酸雨最为严重，这两个季节酸雨发生频率也是最高的，冬季酸雨出现率最高，为85.9%，春季次之，发生频率为 74.5%，秋季 pH 值为 4.74，酸雨发生频率也较春、冬两季略低，夏季降水pH值最大，酸性最弱，为5.29，相应的酸雨发生频率也最低，为43.9%。在季节上，空气污染主要受气象条件影响。如春、冬季多为阴雨天气，空气湿度大、静风多，不利于空气中各种污染物的扩散、稀释，导致局部区域空气污染较重。夏、秋两季雨水多，风速较大，有利于各种污染物扩散，减轻了酸雨的发生。

图2 不同季节降水PH值及酸雨出现率

3.3 柳州市酸雨的月变化

图3为2008～2016年间不同月份降水pH值，由图可知，柳州市酸雨最为严重的发生在3月份，其平均pH值为3.91，其次为2月、1月；酸雨最轻是7月，为5.47，根据图2也可看出夏、秋两季柳州酸雨较冬、春两季轻。2008～2016年间酸雨最低值发生在2009年 1月，为 3.41，最高发生在 2013年 6月，为7.35。月变化的变化趋势结果与季变化相一致。

图3 2008～2016年柳州酸雨月平均pH值

4 柳州市气象条件与酸雨关系分析

4.1 降水量与酸雨的关系

本文按照降水量大小将每次酸雨监测期间所取得的降水量分5个等级 （毛毛雨：0.1≤R＜2，小雨：2≤R＜10，中雨：10≤R＜25，大雨：25≤R＜50，暴雨：R≥50，R的单位为mm）进行划分，并对柳州市不同降水等级下pH平均值（以下均以pH值表示）、酸雨出现率的变化情况进行分析，结果见表2。由表2可见：柳州市5个降水等级下的降水酸度、酸雨出现率有所差异，每个降水等级里pH值均低于5.6，随着降水等级的加大，pH值呈“U”型变化，其中大雨的pH值最小，为4.76。酸雨出现率随降水量增大逐渐增多，降水达到大雨以上时酸雨出现率维持在90%以上，说明降水量越大，酸雨出现的机会越多。

表2 不同降水等级下降水酸度、酸雨出现率的统计结果

4.2 风向对酸雨的影响

形成酸雨的主要因素是人类活动排放的二氧化硫和氮氧化物等酸性气体。一般情况下，当大气污染源保持相对恒定的情况下，风向对大气污染源的扩散有着明显的影响，柳州市为小盆地地形，位于本站最近处有两个较大的污染源排放点：柳州化肥厂和柳州钢铁厂，这两个点都在本站NW方位，分别距离酸雨观测点3km和4km，化肥厂和钢铁厂排放的污染物类型主要为二氧化硫和工业粉尘、烟尘，由于柳州常年盛行风向为N，本站处于两个污染源下风向，故而这两处对柳州酸雨影响很大。据分析显示柳州春季盛行风向为N和NE，夏季盛行S和SSE，秋季盛行N和NNE，冬季盛行风向为N，而春、冬两季静风多，影响了空气中各种污染物的扩散、稀释，导致春、冬两季酸雨较为严重，而夏、秋两季风速较大，且夏季盛行风向为S，观测点位于污染源的上风向，利于污染源的扩散，因而夏秋季酸雨较春、冬两季轻。

5 结论

（1）2008～2016年柳州站9a的酸雨观测资料显示，柳州市降水pH年平均值为4.70。酸雨出现率介于49.2%～87%之间，年平均发生频率为68.4%，柳州市年降水酸性和酸雨年平均发生频率自2008年到2016年以来呈缓慢减弱趋势，这说明，柳州市大气降水酸度的减弱可能是与近年来采取的主要针对颗粒物相关环境治理措施的一种正面响应。

（2）柳州市降水酸性的季节变化较明显，春、冬季节发生酸雨的频率明显高于夏、秋季节；酸雨春、冬季较夏、秋要强；分析可知，春、冬两季为柳州市强酸雨的高发季，降水酸性在冬季最强，夏季最弱。柳州市酸雨最为严重的发生在3月份，其平均pH值为 3.91，其次为 2 月、1 月。

（3）2008～2016年柳州市酸雨pH值的变化范围为 3.41～7.35，不同等级的降水对降水酸度有着明显的影响，大雨等级的pH值最小，降水酸度最高，酸雨出现率随着降水等级提高而增大。大雨和暴雨等级降水时最容易出现酸性降水。

（4）从地形上看，柳州处于小盆地地形，大气结构较稳定，不利于大气污染物的扩散，容易形成酸雨污染，所以柳州降水酸化的程度较严重。再加上测点附近有两处较大的二氧化硫等污染源排放点，柳州盛行风向为N，不利于空气中污染物的扩散，加重了柳州酸雨的形成。

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