石家庄市酸雨特征分析及其与气象要素的关系

王娜,王文,高霞,侯晓玮,徐义国

石家庄市酸雨特征分析及其与气象要素的关系

王娜1,王文1,高霞2,侯晓玮3,徐义国2

1. 南京信息工程大学, 江苏 南京 210044 2. 保定市气象局, 河北 保定 071000. 3. 石家庄市气象局, 河北 石家庄 050000

该文利用 1995~2015年石家庄酸雨监测数据，结合同期气象资料，用统计办法将pH值及电导率数据进行数字化整理，分析不同天气条件下（风向风速、降水、气温、湿度等）pH值及电导率的变化规律，对石家庄市区酸雨的状况和与气象要素对酸雨的影响进行综合研究。结果表明:雨量越大, 降水的酸性会越强，值会越小。酸雨频率随着风速的增大而呈递减的趋势；随着气温上升，酸雨频率明显降低；月平均相对湿度与月平均降水pH值的变化趋势相反。

酸雨; pH值;值; 气象要素

降水的pH值是表征降水(雨、雪等大气降水）酸碱度的物理量，当其值小于5.6时称为酸雨。通常认为，人类生产生活中排放的硫氧化物、氮氧化物在大气中经过各种氧化反应所生成的硫酸和硝酸是引起降水酸化的主要污染物质[1]。在大气中污染物化学性质和源场恒定的条件下，气象因素的变化完全能够改变或影响降水酸度。本文详细地对石家庄市1995~2015年酸雨检测数据进行了统计分析，结合同期观测的温度、降水、相对湿度、风向风速等气象资料，进一步分析酸雨与各气象要素的关系。

1 材料与方法

1.1 来源

酸雨观测数据和地面常规气象资料取自石家庄市国家基本气象站（中国气象局酸雨观测站网）。该站位于38°02ˊN、114°25ˊE，海拔高度为81.0 m。每次过程降水均观测一次气象要素，观测项目包含:过程降水量、降水pH值、值、降水时段、水样温度、云状、风向和风速(02、08、14时和20时)、天气现象。本文利用1995~2015年共21 a石家庄降水pH值观测数据以及同步气象要素资料。

1.2 计算方法

一个地区全年降水的平均pH值小于5.6的地区称酸雨地区。一般采用雨量加权法计算降水的pH值，将测得的每次过程降水的pH值换算成浓度[H+]，然后将[H+]按雨量加权后求出平均值[H+]，再取其负对数即得到降水pH平均值。计算公式如下：

2 结果与分析

2.1 酸雨频率和pH值及K值的年际变化

1995年1月至2015年12月，石家庄国家基本气象站在酸雨观测过程中收集有效降水样本（降水量＞1.0 mm）数853个，其中出现酸雨67次，强酸雨9次，21年内的酸雨发生频率平均值为7.96%。21 a年酸雨频率与时间呈现负相关关系，相关系数为=-4.81(<0.05)，表明21 a石家庄年平均电导率值随时间变化上升趋势显著。

2.2 酸雨频率和pH值及K值的月分布

1995~2015 a石家庄酸雨月变化及月平均降水pH值见表1。各月均有酸雨现象，其中2月发生酸雨频率最高，为18.52﹪，6月酸雨发生频率最低。

表1 石家庄月平均降水pH值、酸雨月变化及月平均K值

2.3 降水强度与酸雨pH值的关系

单位时间内降水量大小直接影响雨水对大气中致酸污染物及气溶胶冲刷作用的大小。随着降水等级的提升，雨水pH值呈逐渐减小趋势，在暴雨发生时雨水pH值达到最低，为4.36。由于大气中气溶胶粒子呈碱性，降雨过程中雨水对大气中气溶胶粒子的冲刷而相互反应，缓冲大气的酸性成分。由此得到：降水量越大，雨水的酸性会越强，即pH值越小，值会越小。

2.4 风速与酸雨pH值的关系

风速的大小同样影响到污染物的分布与扩散。通过对比分析从降水酸度与日平均风速变化，可以得出，在风力为0~1级时，降水pH值最低，为3.81；风力为2~3级时，平均pH值最高，为5.43，酸雨出现频率随风速上升而下降。

2.5 温度与酸雨pH值的关系

将月平均气温与月平均降水pH值和月酸雨发生频率分别进行相关性分析，分别得到相关系数1=-0.154、2=-0.803（＜0.01），说明月平均气温与月酸雨发生频率呈显著负相关。

图1 石家庄月均气温、酸雨频率和pH值变化

图2 石家庄月均相对湿度、酸雨频率和pH值变化

2.6 相对湿度与酸雨pH值的关系

酸雨是由SO2受大气中悬浮颗粒物中微量金属元素的催化作用，经雨水吸收后形成。相对湿度对降水酸度的影响主要是由于大气的潮湿环境会促进SO2转化成酸，硫酸形成后在会局地沉降产生酸雨。由图2可见，月平均相对湿度与月平均降水pH值、月平均气温与月酸雨频率的变化趋势大致相反，即相对湿度升高，降水pH值降低。

3 讨论

本文从实际社会需求出发，利用石家庄酸雨监测数据，结合同期气象资料，用统计办法将pH值及电导率数据进行数字化整理，分析不同天气条件下（风向风速、降水、气温、湿度等）pH值及电导率的变化规律，对石家庄市区酸雨的状况和与气象要素对酸雨的影响进行综合研究。通过分析酸雨与本地气象要素的关系，可以评估酸雨对当地及周边地区的影响，为本地区的农作物生产、环境部门进行政策调控提供有效的科学依据。

4 结论

通过研究分析各气象要素对酸雨pH值和K值的影响，结果表明，月平均相对湿度、月平均气温与月平均降水pH值呈显著负相关；酸雨频率随着风速的增大而递减；强酸雨出现频率随风速上升而下降；降水量越大，雨水pH值越小，值会越小。

[1] 张维,邵德民,沈爱华,等.上海梅雨季节云水和雨水的化学组分分析[J].应用气象学报,1991(4):75-84

[2] 杨浩明,王体健,程炜,等.华东典型地区大气硫沉降通量的观测和模拟研究[J].气象科学,2005,25(6):560-568

[3] 丁国安,郑向东,马建中,等.近30 a大气化学和大气环境研究回顾[J].应用气象学报,2006,17(6):796-814

[4] 胡敏,张静,吴志军.北京降水化学组成特征及其对大气颗粒物的去除作用[J].中国科学(B辑),2005,35(2):169-176

[5] 郑美琴,卢振礼.日照市区PM10污染物特征及其与气象要素的关系[J].南京气象学院学报,2006,29(3):413-417

[6] 宗志平,代刊,蒋星.定量降水预报技术研究进展[J].气象科技进展,2012,2(5):29-35

[7] 张国宏,郑有飞,谈建国,等.上海市大气降尘污染的地面气象背景特征[J].南京气象学院学报,2007,30(6):875-880

[8] 林长城,林详明,邹燕,等.福州气象条件与酸雨的关系研究[J].热带气象学报,2005,21(3):330-336

[9] 陈德林,古淑芳,李洪珍.降水酸度与降水物理量关系的分析[J].气象科学研究院院刊,1989,4(1):82-87

Analysis of the Acid Rain Characteristics and Its Relation with Meteorological Elements in Shijiazhuang

WANG Na1, WANG Wen1, GAO Xia2, HOU Xiao-wei3, XU Yi-guo2

1.10044,2.071000,3.050000,

In this paper, using the 1995-2015 in shijiazhuang acid rain monitoring data, combined with the same period of meteorological data, statistical method will be digital, pH and conductivity data analysis under different weather conditions (wind speed, precipitation, temperature, humidity, etc.), the change rule of pH value and conductivity of acid rain in Shijiazhuang city status and study on the effects of acid rain and meteorological elements.The results show that the greater the rainfall, precipitation acidity the stronger the will, the smaller the K value is.The frequency of acid rain and the trend of decrease with the increase of wind speed.As the temperature increases, the frequency of acid rain decreased obviously; Monthly average relative humidity in contrast to the monthly average precipitation PH change trend.

Acid; pH;; meteorological elements

X5

A

1000-2324(2019)01-0075-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.016

2018-03-10

2018-04-29

王娜(1983-),女,本科,工程师.主要研究方向为综合气象. E-mail:532298760@qq.com