我国酸雨的分布特征及其成因

摘要:本文阐述了酸雨的危害近几年中国南方地区酸雨的污染的时空分布状况酸雨的成因我国南方酸雨区的酸雨污染状况基本上处在一个稳定的时期降水的区有从长江中上游向长江中下游发展的趋势;在时间分布上，秋季冬季降水低，酸雨发生的频率高;春季夏季降水高，酸雨发生的频率低在酸雨的成上着重讨论了大气性质污染物的迁移和扩散气候条件大气中颗粒物浓度及土壤性质对酸雨形成的影响关键词:酸雨;分布;成因酸雨问题是当今世界的三大环境问题之一.随着世界经济的快速发展，工农业中大量化石燃料的消耗以及其他自然资源的消耗，排放大量的SO2及氮氧化物，使得大气环境日益恶化，其中酸雨的问题尤其严重。从20世纪70年代末起，我国南方地区出现酸雨，经过80年代的急剧发展，从90年代中期开始，我国的酸雨污染区趋向稳定，从20世纪80年代初的我国西南部的重庆、贵阳等地发展到包括现在的包括12个省市的广大区域,我国已成为继欧洲、北美之后的世界第三大酸雨区，在我国的一些地区酸雨的问题比界第三大酸雨区，在我国的一些地区酸雨的问题比报道的80年代中欧地区的“黑三角”地带还要严重。酸雨给地球生态系统和人类社会的经济的发展都来来了严重的影响和破坏。酸雨使土壤酸化，矿质元素如钾、钠、钙、镁等流失，使得土壤的肥力降低；酸雨还会杀死水中的浮游生物，减少鱼类食物来源和影响鱼的繁殖和发育，破坏水生生态系统；酸雨污染河流、湖泊和地下水，降低水体的pH，使流域土壤和底泥中的金属溶解进入水中，危害人体健康；酸雨对金属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用，对古建筑和石雕艺术作品、电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害。本文在分析我国酸雨在时间和空间的分布的基础上，并对各个区域的酸雨的形成原因进行分析，探讨影响酸雨形成的各个因素，为预防和控制酸雨的形成提供科学的参考。我国南方酸雨的空间分布特征1我国酸雨已成为普遍性的污染问题。目前我国的酸雨区主要集中在长江以南，包括四川云南的东部，浙江、福建、江西、湖南、重庆的大部分地区以及长江、珠江三角洲地区。在2009年监测的488个城市（县）中，出现酸雨的城市258个，占52.9%；酸雨发生的频率在25%以上的城市164个，占33.6%；酸雨发生频率在75%以上的城市53个，占10.9%。比较2004年（图1，左）和2009年（图1，右）中国降水年平均pH值分布可以看出：我国降水年平均pH值为5.6的等值线范围有缩小的趋势，降水年平均pH值小于5.0的等值线范围有向东移的趋势，传统的西南重酸雨区贵州、重庆等地降水年平均pH值小于5.0的范围有所缩小，这与何泽能等报道的重庆的降水年平均pH值呈递增趋势这一结果基本一致，但这一区域降水年平均pH值小于5.6的区域较2004年变化不大，基本还保持在原来的范围。从2009年降水年平均pH分布来看，中国酸雨区主要分布在长江中下游以南的省份，北方受酸雨污染较轻。程爱珍等研究了2003～2008年近6年间广西酸雨的时空分布情况，研究表明：广西城市酸雨污染比较严重，在10个酸雨观测站中，降水年均pH值均小于5.0。其中梧州的降水年均pH在4.0以下，河池和柳州的降水年均pH值在4.5以下，全区降水最小pH值出现在百色，为2.32。pH＜5.6的酸雨出现的频率最低的为南宁，为36.3%，最高的是梧州，达88.4%，pH＜4.5的重酸雨出现的频率最低的为南宁，为17.9%，最高的为梧州达65.2%。赵宏娅等研究了2007～2008年间贵州省城市酸雨的分布情况，研究发现：全省污染较严重的地区主要是贵阳、安顺、黔东南、黔南、黔西南，其中靠近广西的黔南地区的都匀和黔东南地区的凯里降水年均pH值在4.5以下，且pH＜4.5的重酸雨出现的频率在50%以上。马丽雅等研究了2001～2006年四川酸雨的情况，2001～2005年间四川省21个城市降水pH5年平均值范围为4.05～6.88，降水pH5年平均值小于5.6的有15个，小于4.5的有2个，为宜宾和乐山，其中宜宾市的酸雨状况比较严重，降水pH5年平均值为4左右，酸雨频率高达92.9%。研究了近10年来湖南的酸雨状况，结果朱选祥发现1997～2000年湖南酸雨污染呈逐年减轻的趋势，但从2002～2004年又呈加重的趋势，其中常德市的酸雨频率达到100%，pH值低至3.87。湖南省环境保护厅的统计数据表明，2008～2009年间湖南酸雨的污染情况比较严重，其中以长沙、常德、株洲、洪江区较为严重，长沙市、株洲市、洪江区两年的降水平均pH值均在4.5以下，洪江区2008年的年平均降水pH值低至3.7。2009年湖北省环境状况公报显示：在湖北全省的27个城市中，有19个城市检出酸雨，各市年降水pH均值在4.14（秭归）～7.35（荆门）之间，秭归的酸雨问题尤其突出，2007～20093年间酸雨频率均在88%以上，3年年降水pH平均值为4.1，降水最低pH值达3.28。王琳研究了最近几年江西省的降水情况，研究表明：从2002年到2005年江西省城市平均发生频率一直处于上升状态，由2002年的57.3%上升到2005年的76.9%，其中有7个市的年平均酸雨频率大于80%。宋晓东等研究了浙江酸雨的空间分布状况，1985～2005年间浙江年平均降水pH不断下降，目前已形成了以杭州、金华、宁波三大城市为核心的三角形重酸雨区域。赵卫红通过对福建全省49个降水监测点的研究表明，2004年全省69.6%的城市降水年平均pH值小于5.6，福建酸雨区主要分布在闽东南沿海，但近年来有向闽北山区扩散的趋势。2009年上海市环境状况公报显示：上海市酸雨的频率由2004年的40%上升到2008年的80%，降水年平均pH值也不断下降，2008年的年降水平均pH值小于4.5，酸雨污染有加重的趋势。2008年江苏省环境状况公报显示：江苏的酸雨区主要集中在经济发达的苏南地区，经济发展较为落后的苏北地区则基本没有酸雨污染的问题。13个省辖市降水年均pH值范围在4.61～7.31之间，平均酸雨发生率为35.7%。无锡市酸雨发生率最高，达72.2%，苏州和常州市次之，徐州、淮安、盐城和宿迁4市则未监测到酸雨。2008年安徽省环境状况公报显示：安徽省酸雨污染状况整体属于轻度污染，出现酸雨的城市主要集中在皖南的一些城市，其中池州、铜陵、蚌埠、黄山等地的酸雨污染较为严重。我国南方酸雨的时间分布特征2我国南方地区酸雨多发生在研究表明温度较低的冬季和春季，温度较高的夏季和秋季酸雨发生的概率小。从1～12月，酸雨频率大致变化趋势为先降低后升高，5～9月份酸雨频率相对较低，1～4月、10～12月酸雨频率相对较高；1～3月及10～12月降水的pH较低，而4～9月降水pH值稍高。图2和图3是南方4个酸雨较严重的城市的降水pH和酸雨频率月际变化柱状图。排放量、大气中SO2浓度有一定的相关性，大气中SO2的积聚是造成局地酸雨的主要原因。此外，由于煤的大量燃烧和机动车数量的大量增加，NOX的排放量也大量的增加，NOX成为大气中另一种重要的致酸物质。大气中SO2和NOX的浓度是影响酸雨形成的重要因素。图4是南昌市2008年5月～2010年4月间大气中SO2和NO2浓度和月均值与降水月均pH值变化曲线：从图4中21个月的统计结果可以看出降水pH与大气中酸性气体的浓度成反比，大气中酸性气体的浓度升高时，降水的pH降低，大气中酸性气体的浓度降低时，降水的pH升高。虽然是酸雨的形成与酸性物质SO2和NOX有直接的关系，但不仅取决于这一因素，还与以下因素有重要的关系。酸性物质的迁移与扩散3.2酸性物质由污染源排放出来后会随空气的运动而传输和分散。因此，酸性物质既可能来自本地的污染，也可能是由于污染物的长距离运输所来的区域外围的污染物。SO2和NOX排放量跟酸雨的污染情况不成绝对的正相关，我国的酸性降水不仅出现在城市和污染地区，也出现在乡村和清洁地区；西欧和中欧电厂所排放的SO2和NOX在斯堪的纳维亚半岛形成了严重的酸雨；美国中西部工业带的电厂所排放的SO2和NOX在美国东北部和加这些主要是污染物的中拿大东南部形成酸雨长距离传输造成的。气候条件影响3.3气候条件对酸雨的形成影响主要表现在两个方；一是影响SO2和NOX氧化的速率；二是面响污染物的迁移扩散。温度对SO2和NOX的氧化的影响各不相同，，却不利于NOX高温有利于与SO2转化SO4，而我国大气中SO2的浓度远大于的氧化NOX的浓度，因此高温是有利于酸雨的形成。太阳光强和水汽浓度与SO2和NOX的转化也有直接的关系，光照较强时，大气中的自由基增多，促进了SO2和NOX的氧化。有研究表，SO2平均转化率与相对湿度、光强及明SO2浓度有下列关系式：R=0.175RH+2.03InI0+0.0704［2］－2.35SO式中：R为SO2平均转化率（ppb/h）；RH为2相对湿度；I0为光强（kW/m）；［2］为ppb。SO太阳光强是随纬度升高而降低的，因此太阳光从南到北依次递减，而大气湿度也是由南向北递减的，这又从温度、光照和湿度方面解释了南北方酸雨的差异的原因。气象条件对污染物的扩散、输送和沉降的作用也直接影响到酸雨的形成。气象条件有利于污染物的扩散时，酸雨就较弱；反之酸雨则强。我国南方的重庆、贵州等地山地较多，易形成山谷风和逆温，不利于污染物的扩散，因此两地的酸雨污染一直较为严重。我国南方的大部分地区常年风力较弱，对于污染物的输送能力较差；北方的东北平原、内蒙古、华北平原及沿海地区，常年风力较大，对这些污染物的输送、稀释能力较强。南北气象条件的差异从气象方面解释了南北酸雨分布的差异。3.4大气中的颗粒物不同地区，酸雨发生的频率及强度各不相同，这不仅与当地的酸性物质的排放有关，还与当地大气中颗粒物的性质和浓度有关。大气中颗粒物主要来自风沙扬尘，其次是工业排放的粉尘等。颗粒物对酸雨的形成有两方面的影响：一方面，颗粒物起到催化剂的作用，催化SO2和NOX氧化成硫酸和硝酸；另一方面，碱性颗粒物起中和作用，酸性颗粒物会成为酸雨的来源。我国南方地区，湿润多雨、植被良好，大气中颗粒物浓度较低；北方干燥多雨，植被覆盖情况较差，大气中颗粒物浓度大。由于大气中的颗粒物主要来自风沙扬尘，北方土壤碱性强于南方，北方大气颗粒中的碱性物质和酸性物质之比也高于南方。因此，对于同样的降水，北方大气颗粒物对降水酸性的缓冲能力要比南方大得多。于是，雨水被酸化的作用与受碱性物质中和作用的竞争结果导致了南北酸雨分布的巨大差异。3.5土壤土壤对酸雨的形成有两个方面：一是影响大气中的氨，二是影响大气中的颗粒物。大中的NH3对酸雨的形成非常重要，NH3是大气中的唯一气态碱，它易溶于水，能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水的酸度。大气中的NH3的来源主要是有机物分解和农田施用的含氮肥料的挥发。土壤的pH越高，NH3的挥发量越大。我国南方由于高温多雨，土壤偏酸性，故NH3的挥发量较小，北方干燥少雨，土壤碱性较强，NH3的挥发量较大。土壤偏酸性的地方，风沙扬尘的缓冲能力低，这个各方面的原因可以解释土壤的性质对对我国酸雨分布情况的影响。总结4酸雨问题作为中国面临的重要环境问题之一，国家对酸雨问题越来越重视，通过对酸雨和二氧化硫污染控制区区域规划及相应政策的实施，我国酸雨时空分布发生了一些变化。从时间分布上看，我国南方地区酸雨多发生在温度较低的冬季和春季，温度较高的夏季和秋季酸雨发生的概率小；从地域分布上看，酸雨区有从西向东转移的趋势。在酸雨的形成影响因素主要有当地大气的性质、酸性物质的迁移扩散、气候条件、大气中的粉尘颗粒物以及土壤的性质密切相关，酸雨污染问题是很多自然因素和人为因素共同作用的结果。目前，酸雨污染的形成、影响及控制是一个复杂、长期的过程，在努力控制酸雨的同时，还应设置酸雨指示标志，如酸雨墙、变色伞等，及时提醒人们避免酸雨危害，让大气污染和酸雨问题得到广泛认识，以便于有效地管理和控制。参考文献：［1］汤洁，徐晓斌，巴金，．1992～2006年中国降水酸度的等变化趋势［J］．科学通报，2010，（6）：792-55796．［2］J