冯艳霞1 常泽堃 2史淑云1李莉1车晋平1马春艳1李政 3武旭婷4 金梅 5
1离石气象局，山西 离石 033000；2晋中市气象局 山西 晋中032000；3文水气象局 山西 文水 03210000；4中阳气象局 山西 中阳 033400；5吕梁市气象局 山西 吕梁 03300
摘要：利用 2013-2019年山西省13个酸雨观测站的资料，采用统计分析的方法，分析了山西省近6年酸雨的变化规律。结果表明：2013-2019年山西省酸雨的发生具有明显的季节性和年际差异，秋冬季为酸雨发生严重，其中11月至翌年1月为酸雨的高发期，春夏季酸雨发生较少；山西省降水年平均pH值低的年份，酸雨发生频率较高；反之，降水年平均pH值高的年份，酸雨发生频率较低。近 6年来山西省酸雨平均发生呈下降趋势。
关键词：酸雨；PH值；电导率；变化分析
0引言
酸雨是指pH值低于5.60的大气降水。该定义是将pH值小于或等于5.60的大气降水认定为没有受到人为酸化影响的天然降水。空气中主要是由氮气（78%）、氧气（21%）、二氧化碳（0.037%）、水汽和其他惰性气体等组成的。其中在这些气体中，二氧化碳是含量最高的酸性气体。在大气中，二氧化碳易溶解于水形成碳酸。碳酸是一种弱酸，在水中分两步电离： H2CO3 ?H++ HCO-3
HCO-3?H++CO2-3
根据二氧化碳在大气中的浓度和常温下在水中的溶解度，可以计算出结晶水中氢离子的浓度，并由此得出pH值为5.60[1]。在降水的形成过程中,由于受到大气中二氧化碳和其他污染气体以及大气中悬浮颗粒物可溶成分的影响，降水的pH值会呈现较大幅度的变化，因而降水的pH值是反映自然界降水特性以及人类活动影响的重要指标之一。此外，大气中的各种污染气体和颗粒物的可溶成分进入降水后，使其导电能力增加，降水K值的大小在一定程度上反映出降水中这些物质的含量水平，也是降水被环境物质物污染的指标之一。
随着社会的发展 ，工业类型的多样化不断增加 ，我国酸雨正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区，酸雨的发生对地区环境造成严重污染。人为的氮氧化物的排放量逐渐增多，导致酸雨发生的范围不断扩大，发生频率增多。酸雨能溶解非金属建筑材料表面的硬化水泥。使其出现空洞和裂缝，降低建筑物的支撑强度，从而对建筑物造成损坏；使湖泊河流酸化，动植物鱼类减少，严重影响土壤特性，影响人体健康，对城市环境和自然景观构成破坏。气象 部门通过对酸雨的发生过程及大气观测等工作的分析，寻找关于环保、环境变化决策的准确依据，本文利用山西省13个酸雨观测站的资料 ，探讨分析2013-2019年山西省酸雨变化特征，为今后酸雨防治和开展大气污染提供参考。
1.资料与方法
1.1资料来源
山西省共有13个酸雨观测站，分别是大同、朔州、五台山、原平、平定、离石、太原、榆社、洪洞、长治、候马、阳城和永济。文中酸雨观测资料来源于山西省气象局信息中心。通过对13个酸雨观测站 2013年—2019年6年酸雨观测资料进行统计分析。根据中国气象局下发的《酸雨观测业务规范》要求 ，在一个降水采样日内(即当日08时次日08时 )，无论降水是否有间歇或间歇时间长短与否，降水量达到1.0mm 时,必须采集一个降水样品[1]。统计分析过程中,对全月无降水或降水量未达到采样标准的降水不进行测量的月份不进行统计。山西省酸雨观测站分布及其海拔高度情况如图1。
图1山西省酸雨观测站分布图
1.2统计方法
1.2.2.1 平均值法
pH值为氢离子浓度的负对数，大气降水的酸碱度采用pH值表示 ，平均pH值的计算公式为：
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2结果分析
2.1降水pH值和酸雨发生频率的时间变化
2.1.1月变化及其发生的原因
图2为月降水加权平均pH值的变化。从图中可以看出pH值呈波动变化的，其中10-12月、2-3月、4-5月是上升趋势，12-1月、3-4月5-9月为下降趋势，气象定义11月-次年1月为对应冬季，6-8月为夏季，这也可以说明冬季pH值为上升趋势，夏季pH值为下降趋势。图3为pH值小于5.6与pH值小于5.0月降水平均ph值与酸雨发生频率的变化。图3可以看出，pH≤5.60和 pH≤5.00两条曲线波动起伏大体一致，但12月波动明显一些，其中pH≤5.60的酸雨发生频率高的在11月，最高达54.9％；pH≤5.00的酸雨发生频率高的在2月，最高达 42.5％，而春季和夏季酸雨发生频率明显下降。
山西省冬季降水平均 pH值较高的原因：其一，山西省大部地区采暖季从11月至翌年4月，1、2月和12月是山西省平均气温较低的3个月；其中1月平均气温最低，全省平均气温为-20.0℃左右。由于采暖季节用于取暖的燃煤量大大增加，使空气中酸性物质含量也随之增加。其二 ，由于冬季气温低，山西省的降水以降雪的形式出现，尽管雨滴和雪花均是在降落的过程中不断吸收大气中的气溶胶和微量气体，但这两种湿沉降形式也存在一定的差异。一方面，雪花是飘落，而雨滴则是坠落，也就是说雪花在空中滞留的时间更长，因此，其吸收大气中酸性物质的时间较雨滴更充足；另一方面，雪花是由许多小冰晶抱团结合在一起而形成，其比表面积远大于雨滴，因此，对大气中酸性物质的捕集和吸收也更充分，降雪更有利于酸沉降和降水酸度的增加[3-4]。根据多年的气象资料可知山西省冬季降水量少，气温低，尤其1月的平均温度最低和降水量最少。冬季山西省受极地大陆气团或变性极地大陆气团控制，地面表现为冷高压，极易出现逆温，逆温层阻止底部的大气污染物向上扩散，有利于局地大气污染物堆集，为酸雨的产生创造了有利条件，且降水量小，使酸雨强度增强。
山西省春季和夏季降水平均 pH值较低原因，由于春季和夏季太阳辐射和对流加强，风力增大，不易形成逆温，有利于污染物浓度降低,降水量大经稀释冲刷使酸雨强度减弱。
综上所述，山西酸雨月变化起伏明显，秋冬季是酸雨的高发期，而春季和夏季发生较少。
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2.1.2年变化
图4、图5为2013-2019年山西省13个酸雨观测站降水加权的年平均pH值变化。图4可见，2013-2019年山西省年平均降水pH值变化范围为5.65-6.68。图5可见，2013-2019年山西省pH值≤5.60和pH≤5.00年平均酸雨发生频率为开口向上的单曲线，均在50. 0%以下。由图8、图5可知2016年降水最多，pH值发生频率最低。图6、图7为山西省年降水与年平均pH值发生频率的关系，从图6、图7分析可知，降水年平均pH值与pH≤5.60的年平均酸雨发生频率的相关系数R2 =0.626 降水年平均pH值与pH≤5.00的年平均酸雨发生频率的相关系数R2=0.674 ，且均通过92%的显著性检验。由此可知，山西省降水年平均pH值低的年份，酸雨发生频率较高；反之，降水年平均pH值高的年份，酸雨发生频率较低。进一步分析发现，酸雨出现频率高的年份降水频率也较高，但与年降水量和每次的降水量无明显关系。由此可见，年降水量对降水的年平均pH值
没有明显的影响。
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3降水对pH值的影响
图8为山西省年降水量与pH值≤5.60出现的次数。据统计2013-2018年的年总降水量分别为648.8mm、559.9mm、362.2mm、732.3mm、691.1mm，2018年的总降水量为501.5mm，2019年（1-6月）的总降水量为124.3mm。图中可以看出 2013-2019年山西省酸雨整体呈下降趋势，与年降水量无明显关系。
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4结论与讨论：
山西省酸雨的发生具有明显的季节性和年际差异，秋冬季酸雨发生严重，其中11月至翌年1月为酸雨的高发期，春夏季酸雨发生较少；山西省降水年平均pH值低的年份，酸雨发生频率较高；反之，降水年平均pH值高的年份，但与年降水量和每次降水量的多少无明显关系。近6年来山西省酸雨平均发生呈下降趋势。
酸雨产生的原因非常复杂，与酸性污染物的迁移和扩散方式、当地的土壤性质、大气颗粒物的性质及其缓冲能力、当时当地的气象条件等均由密切联系，因此要改善某一区域状况，单靠一两个地区的环境治理较难达到满意效果，需要全社会行动起来，加大环境治理力度，将节能减排和改变能源结构等措施落到实处，常抓不懈，才能从源头治理中国酸雨不断恶化的趋势。
由于观测资料年份少，分析得出的结论也不可能完全表征山西酸雨变化特征，还需气象观测者不断去探讨其规律。
参考文献：
[1]中国气象局编《酸雨观测规范》北京：气象出版社，2005.
[2]张明明杨军.黄志明等.1993-2004年华东部分地区酸雨的时空分布特征与气象条件的关系[J].南京信息工程大学学报：自然科学版，2013，2.5（2）：120-126.
[3]王明星.大气化学[M].北京：气象出版社，1999:421—427.
[4]沈觉成.大气环境评价方法[M]. 北京：气象出版社，1989:43—45.
冯艳霞 离石区气象局 13753599955 707579318@qq.Com