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SO 2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pH 5年平均 值范围为4 05 6 88 降水pH 5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pH 5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 2009 3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SO 2浓度有一定的相关性 大气中 SO 2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 NO X的 排放量也大量的增加 NO X成为大气中另一种 重要的致酸物质 大气中SO 2 和NO X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SO 2和NO 2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SO 2和NO X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 SO 2和NO X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SO 2和NO X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SO 2和NO X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SO 2和NO X氧化 的速率 二是面 响污染物的迁移扩散 温度对SO 2和NO X的氧化的影响各不相同 却 不 利 于NO X高温有利 于 与SO2转化SO4 而 我国大气 中SO 2的 浓 度 远 大 于的氧化 NO X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SO 2和NO X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SO 2和NO X的 氧 化 有 研 究 表 SO 2平 均 转 化 率 与 相 对 湿 度 光 强 及明 SO 2浓度有下列关系式 R 0 175RH 2 03InI 0 0 0704 2 2 35SO 式中 R为SO 2平均转 化率 ppb h RH为 2相对湿度 I 0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SO 2和NO X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NH 3对酸雨的形成非常重要 NH 3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NH 3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 NH 3的挥发量越大 我国南方由于高温多雨 土壤偏酸 性 故NH 3的 挥发量较小 北方干燥少雨 土壤碱性较强 NH 3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 Jiming Hao Duan Xuelong Zhou Lei Lixin Fu Application of a LRT Model to Acid Rain Control in China J Environmental Science Technology 2001 17 3407 353415 3 Fu