中国酸雨的分布、化学特征及成因分析

中国酸雨的分布、化学特征及成因分析

0世界三大酸雨区的划分结果酸雨是地球化学气候中人类影响的重要特征之一。它也是国家和地区大气污染的重要标志之一。酸雨是指酸性的大气降水，包括酸性雨、雪、雾、露等沉降，通常是指pH值低于5.6的降水。1972年联合国在斯德哥尔摩召开的人类环境会议上,瑞典人第一次把酸雨作为国际性问题提出。由于其对生态系统的严重危害,酸雨现已成为严重威胁世界环境的十大问题之一,并由原先只发生在欧洲和北美的工业发达国家,迅速扩大到发展中国家。中国已成为继北美、欧洲之后的世界第三大酸雨区，且中国的酸雨面积仍呈加速发展的趋势。针对酸雨的发生与危害状况，中国已有许多环境科学及相关学科的工作者从事了酸雨的形成、危害、治理等系统研究,并取得了显著的成绩,本文对中国近年来有关酸雨的研究进展作了简单的概述，并在此基础上提出了自己的一点防治意见。1中国目前的祈雨状况1.1降水污染空间分布格局中国酸雨的研究工作始于20世纪70年代末期，1979年在北京、上海、南京、重庆和贵阳等城市开展了局部研究，发现这些地区不同程度上存在着酸雨污染，以西南地区最为严重。1982～1984年在国家环保局领导下开展了酸雨调查，为了弄清中国降水酸度及其化学组成的失控分布情况，1985～1986年在全国范围内布设了189个监测站，523个降水采集点，对降水数据进行了全面、系统的分析。结果表明，降水年平均pH小于5.6的地区主要分布在秦岭淮河以南，而秦岭淮河以北仅有个别地区。降水年平均pH值小于5.6的地区主要在西南、华南以及东南沿海一带。90年代以来，酸雨出现的区域较80年代发生了比较明显的变化，酸雨区面积扩大了100×104km2多。但年平均pH值小于5.6的地区还主要分布在秦岭淮河以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地；华中、华南、西南及华东地区存在酸雨污染严重的中心区域；北方地区只有局部地区出现过酸雨。80年代以来重庆、贵阳为代表的西南地区是中国酸雨污染最严重的地区；90年代以来，以长沙、株洲、赣州、南昌等城市为中心的华中酸雨区污染水平超过西南酸雨区，成为全国酸雨污染最严重的地区，中心区年平均降水pH值低于4.0，酸雨频率最高达90%以上，已经达到逢雨必酸的程度；西南酸雨区虽然有所缓和，但仍维持较严重的水平；华南酸雨区主要分布在珠江三角洲及广西东部地区，总体格局变化不大；华东酸雨区，包括长江中下游地区及南至厦门的沿海地区，小尺度上的污染格局有所波动，但总体来说，较华中、西南酸雨区弱；而北方地区年均pH值低于5.6的城市主要分布在青岛、图们中心的区域。1.2国内城市酸雨区降水特征分析表1，表2，表3列出了国内外部分地区降水的主要化学组成。由表可以看出对降水酸度影响最大的阳离子是NH4+和Ca2+，阴离子是SO42-和NO3-。中国降水中的SO42-的浓度较国外明显偏高，酸性降水主要以硫酸盐占优势，酸雨区为典型的硫酸型的酸性降水。同时中国与国外相比降水中含有较高浓度的NH4+和Ca2+，前者主要是由于中国农田中N肥的大量施用和农田中NH3挥发损失，后者主要是由中国的气候和土壤结构等自然条件的特殊性所决定的。对比国内情况，由表1、2可见，中国非酸雨区北方城市中硫酸根和硝酸根的平均浓度之和是对应的南方酸雨区的1.7倍。阳离子浓度中，铵离子浓度南北差别不是很大，北方略高于南方；土壤元素钙的浓度，相差悬殊，北方是南方的4.3倍。北方地区酸根离子浓度高过南方，但酸性降水却明显的低于南方；针对这一现象，有关的专家学者做过大量研究，一致认为南北方自然条件的差异是其最为关键的因素。下面就从自然条件入手，对上面的问题展开论述。2从中国酸雨条件中得出的自然条件分析2.1土壤碱金属元素含量特征土壤中碱金属离子含量及pH值是影响酸雨形成的重要因素之一。中国的土壤,北方偏碱性，pH值为7～8,南方偏酸性，pH值为5～6，土壤中碱金属Na、Ca等含量是由南至北逐渐递增,尤其是过淮河、秦岭后其含量迅速增加。但空气中的颗粒物有一半左右来自土壤,碱性土壤的氨挥发量大于酸性土壤,因此南方多酸雨在一定程度上也是由于南北方土壤性质差异所造成的。2.2对土壤含氮的影响氨气是大气中唯一的常见气态碱，由于它易溶于水，能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水中的酸度。而大气中的NH3的来源主要是有机物分解和农田使用的含氮肥料的挥发，土壤的NH3的挥发量随着pH的上升而增大。中国北方的土壤pH值为7～8以上，南方一般为5～6，这是大气中NH3含量南低北高的重要原因之一，也是中国酸雨主要分布在南方的一个重要原因。2.3局部地区对酸性降水中和物质条件的影响中国南方地区由于湿润多雨、植被良好、大气颗粒物浓度低(大气TSP平均含量为218μg/m3)。而北方地区干燥少雨、土壤裸露、大气颗粒物浓度大(大气TSP平均含量为426μg/m3),且其颗粒物中约有40%～65%来自土壤,大气颗粒物中含有的主要碱性阳离子是Ca2+、Mg2+和NH4+。由于北方土壤的碱性物质含量高,北方大气颗粒物中的碱性物质浓度也高于酸性物质,在降雨中这些大气颗粒物对酸性降水具有较大的中和缓冲能力;相反,南方大气颗粒物中碱性物质浓度低,其缓冲能力低于北方(如北京春季大气颗粒物中和能力是南方柳州颗粒物的三倍),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是北方地区(除青岛市外)未发生酸雨,而南方地区出现区域酸雨。从南北方降水化学组成的分析也证明了这种作用机制,降水中的硫酸根和硝酸根平均浓度之和在北方非酸雨区为241.5μg/L,南方酸雨区则为145μg/L,北方是南方的1.7倍。而钙镁离子浓度北方降水中为458.9μg/L,南方则为106.3μg/L,北方是南方的4.3倍。这表明北方降水中的硫酸、硝酸被大量的碱性物质中和,所以其降水的pH值较高,未形成酸雨。研究结果同时表明，中国降水pH值与(Ca2++NH4+)/(SO42-+NO3-的比值有着高度的正相关性。2.4．风污水环境降水pH值的分布与全国地面风场分布特征有相似之处。从宏观上来看，东北平原、内蒙古北部至新疆东端为全国风力最强区，其次是华北平原及沿海地区，风力也较强，这些地区对污染物的输送、稀释能力强。北至秦岭，包括汉中盆地、四川盆地，向东至长江三峡的宜昌、云贵高原和广西的局部地区为全国风力最弱区，尤其是四川盆地，地形闭塞，冬季北来的冷空气难以侵入，夏季又无台风影响，风速小，静风频率高，污染系数大，四川盆地的重庆、成都都是中国酸雨影响严重的地区。湖南、两广、江西某些地区pH值很低，这与中国各地污染系数值相吻合。3控制酸雨和二氧化硫污染中国正处于经济转型时期，经济发展水平相对较低，且地区发展不平衡。因此，中国的酸雨控制目标应充分考虑国情，体现国家可持续发展战略、地区差别和市场经济特征，对酸雨和SO2污染实行分阶段控制。据《国务院关于环境保护若干问题的决定》和《国家环境保护“九五”计划和2010年远景目标》，到2000年，使酸雨污染控制在“八五”末的水平，酸雨控制区内降水酸度小于5.6的区域不再扩大，使酸雨蔓延的趋势得到遏制。到2005年，使酸雨污染有所减轻，酸雨控制区内降水酸度小于4.5的重酸雨区面积与“八五”末水平相比缩小5%～10%，全国硫沉降量有所减少。到2010年，使酸雨污染明显减轻，酸雨控制区内降水酸度小于4.5重酸雨区面积与“八五”末水平相比缩小10%～20%，全国硫沉降量与“八五”末相比明显减少。为实现这一控制目标，应着重采取以下措施。(1）确定合理的酸沉降控制区与二氧化硫排放控制区，把酸雨和二氧化硫污染综和防治工作纳入国民经济和社会发展计划，对主要致酸物质排放实行分省和分行业总量控制。(2）建立控制酸雨的监督管理体系,逐步完善国家酸雨监测网。国务院已发布的国函24号文件已要求在两控区征收二氧化硫排污费。各地要认真执行国务院的文件,抓紧抓好二氧化硫排污收费的征收、管理和使用工作,使用于重点排污单位治理二氧化硫的资金比例不少于