浅析风向风速对江门市区连续降水酸度的影响

2023-02-28

随着全球经济发展, 能源消耗不断增加, 酸性污染物排放日益增多, 酸雨问题日趋严重。人们对酸性污染物排放已经有所控制, 但酸雨现象依然存在, 给人类带来的危害也与日俱增。本文通过分析2005～2007年江门市区西区降水测点连续降水数据与同期气象数据的关系, 揭示各地酸性污染物随风向和风速等气象条件的变化而迁移, 最终导致降水酸度变化。

1 酸雨监测概况

1.1 酸雨概念[1]

酸雨是指pH低于5.6的大气降水, 包括雨、雪、雾、露、霜。由于空气中含有二氧化硫、二氧化碳等酸性物质, 大气降水下落过程中, 溶解和吸收了空气中的酸性污染物及碱性污染物, 就具有一定的酸性。但是正常降水的pH不会低于5.6, 因为二氧化碳饱和溶液的pH为5.6。

1.2 实验设备

降水采样设备为青岛崂山SYC-1型全自动降水采样仪;同步大气气象参数监测设备为美国哈希公司环境空气自动监测系统气象子系统, 统计深度为日均值, 周期为前一天12时至当天11时。

2 酸雨状况

2.1 pH均值和酸雨频率状况[2]

2.1.1 年度变化状况

2005～2007年西区监测点共收集样品141个, 其中酸雨样品108个, 酸雨频率为76.6%。p H年均值从2005年4.92上升到2007年5.07, 酸度逐年减弱, 但仍均小于酸雨临界值5.6, 三年酸雨频率均大于74%, 其中酸雨频率80%以上的月份占66.7%, 酸雨污染依然严重。

2.1.2 年内变化状况

年内分布明显不平衡, 这与我市的地理位置有一定的关系, 东南海岸线长, 受南海形成热带气旋影响, 降水主要集中在5～9月, 占各年降水总量的81.9%～91.4%, 其中, 前汛期 (5～6月) 台风雨的雨量较后汛期雨量多[3]。

2.2 降水化学组成状况

分析的9种离子中, 阴离子以硫酸根离子浓度最高, 其次为硝酸根离子, 两种离子当量浓度比波动较大, 2007年出现最大值5.4。阳离子中除铵离子略高外, 其余离子的浓度均较低。

2.3 与周边城市对比[4]

3年来江门市区西区测点pH年均值与全省、佛山和阳江市变化基本一致, 酸度逐年减弱, 略有改善。

3 风向和风速对连续降水酸度变化的影响分析

3.1 连续降水定义

本文将连续2天及以上出现降水定为连续降水。

3.2 连续降水情况

2005～2007年, 西区监测点收集到连续降水82场, 共32次, 其中连续降水2天22次, 3天6次, 详见表1。

3.3 连续降水分析

连续降水酸度变化成因复杂, 除受本地酸性污染物排放影响, 风速较大时, 应考虑远距离污染气团长途输送补充影响, 近地空气湿度等气象因素作用也不可忽视。西区测点与N方位和SSE方位工业群直线距离约50公里, 与NNE方位工业群直线距离约60公里, 如不考虑下垫面粗糙程度产生摩擦系数的影响, 平均风速分别大于0.6m/s和0.8m/s, 酸性污染物会对该测点造成影响。风速日平均值在0～0.2m/s, 认为酸度变化主要由本地酸性污染物排放造成;0.3～0.5m/s, 认为酸度变化由本地酸性污染物排放与长距离酸性污染气团输送共同作用造成, 见图1。

对连续降水酸度变化的分析, 除要看当天风向风速外, 还应该关注前一天的风向风速, 特别是上风向有较大工业污染群时, 如前一天风速较大且风向不指向观测点时, 影响程度会相对减弱。现重点分析pH值上升或下降0.6以上的典型连续降水, 32次连续降水中, 有13次在此范围, 占41%。

3.3.1 酸度增强连续降水的典型分析

前后两天对比, 酸度增强最大值出现在2005年9月27日, pH值下降1.49, 此次降水持续3天, 主导风向持续为ENE, 其中第2天风速高达3.2米/秒, 利于污染气团的远距离输送, 第3天风速略有下降, 加上近地空气湿度大, 沿途酸性污染物质更容易与污染气团发生反应, 导致酸度明显增强。次大值出现在2006年5月29日, pH值下降1.10, 此次降水持续4天, 第1和第2天降水量大, 合计达到175.2mm, 对当地近地空气有较强的洗刷作用, 如无外界酸性污染物的输送补充, 第3天降水酸度应减弱, 但连续2天暴雨使空气湿度高达94%, 加上1.4m/s的风速, 迅速将S方位的污染气团送到并与近地温湿气团发生化学反应, 酸度增强, 第4天风向变为WSW, 该方位上风向工业欠发达, 酸性污染物输送减少, 降水酸度有所减弱, 见表2。

3.3.2 酸度减弱连续降水的典型分析

前后两天对比, 酸度减弱最大值出现在2006年6月19日, pH值上升1.10, 此次降水持续2天, 第2天风向转变为SW, 该方位上风向工业不发达, 第1天1.1m/s的SSW风已将南海海洋上空清洁湿润空气带入内陆, 加上当天降水多达83.4mm, 当天二氧化硫浓度较前一天下降0.015mg/L。次大值出现在2005年8月22日, pH值上升1.08, 此次降水持续7天, 是3年来持续降水时间最长的一次, 此次降水酸度波动较大;风速在第2至第6天接近0, 处于静风频, 主要表征为本地酸性污染物质排放造成。气温和气压逐日升高, 气流以上升气流为主, 前4天的连续降水对近地空气有较强的洗刷, 使空气变得洁净, 第5天降水量突然增大至33.7mm, 加上当天平均风速为0, 周边酸性物质补充有限, 降水酸度明显减弱;但第6天降水量明显减少, 仅为4.1mm, 温湿的S方位风带来酸性污染物质补充, 加上近地空气湿度大, 化学反应强烈, 降水酸度突然增强0.81, 见表3。

3.3.3 小结

从3年来的连续降水分析可知, 风速较大的E至SE、S和SW方位风, 特别是台风, 带来形成于洋面较清洁的近地空气团, 会使降水酸度减弱。风速较小的SSE方位风, 近距离输送该风向上游工业污染气团;风速较大的ENE方位风, 长距离输送该风向上游工业污染气团, 并与沿途湿度较高的近地空气团发生化学反应, 酸性污染物富集, 使降水酸度逐步增强。

3.4 结论

从连续降水酸度变化分析可知, 风速小, 特别处理静风频时, 湿润的近地空气容易与酸性污染物二次反应;风速较大, 特别来源于工业群上空饱含酸性污染物气团补充影响, 会使降水酸度增强。为此, 要减缓酸雨的危害, 政府间必须加强区域合作, 减排酸性污染物质的同时也要破坏酸雨形成的条件。

4 对策与建议

受大气环流影响, 珠江三角洲城市群酸雨污染呈区域性污染特征。“十一五”期间, 全国性的节能减排工作, 正是区域共同防治的开端, 在共同的框架下统一行动, 落实工作任务是关键, 重点污染源主要控制指标减排是抓手。

近期, 要抓紧制订致酸物质排放源清单[6], 加强酸性物质长距离传输和扩散的研究, 特别是高空气象因素的影响, 采取措施控制酸性物质排放。珠江三角洲城市群经济发展迅猛, 机动车拥有量激增, 排气污染物引发新的污染, 降水污染转变成硫酸和硝酸并重复合型。为此, 政府间要加强合作, 收紧排放标准, 从源头下手, 从点到线, 由线到面, 加快推进大气污染防治工作, 破坏酸雨的形成因素;加大宣传工作, 引导更多的市民环保出行, 提高公共交通的使用率, 总体减排, 净化环境空气。

长远来说, 脱硫, 不能只抓排放浓度和总量的双达标, 要从长期着眼, 结合我国社会发展的实际, 研发更环保的工程技术, 脱硫转产, 使脱出的硫资源化和增量化[7], 避免造成二次污染。使用核能等新能源和风能等可再生能源, 从宏观上平衡矿产资源的过度开发, 走可持续发展的道路。

摘要：本文利用2005～2007年江门市区西区测点连续降水的监测数据, 尝试浅析风向和风速变化引起降水酸度的变化, 进一步认识酸雨防治要走区域性合作路线的重要性。

关键词：风向,风速,江门,连续降水,酸度,影响