酸雨的季节性分布特征及与雨量、雨强的关系——以佛山为例

第39卷第2期2021年3月
佛山科学技术学院学报（自然科学版）
Journal of Foshan University（Natural Sciences Edition）
Vol.39No.2
Mar.2021
文章编号：1008-0171（2021）02-0001-05
酸雨的季节性分布特征及与雨量、雨强的关系
----以佛山为例
魏兴琥，孙晓曼，邱丹璇，陈毅哲
（佛山科学技术学院广东西北江流域生态文明建设与可持续发展研究中心，广东佛山528000）
摘要:选择佛山市为研究区域，通过4年定点观测的129次降雨数据，分析了雨水pH、雨量以及雨强之间的相关性，讨论了酸雨的季节性分布规律，结果表明：1）月平均雨水pH与月份之间呈线性关系，5~10月的雨水pH明显高于其他月份，冬春季节雨水pH平均值不仅明显小于夏秋季节,而且酸雨比例、重度酸雨比例明显高于夏秋季节。

2）129次降雨量与雨水pH呈不显著负相关关系，但随酸雨程度增加，降雨量对雨水pH的影响程度增加，重度酸雨的降雨量与雨水pH之间呈显著负相关关系。

3）雨强与雨水pH呈显著负相关关系,暴雨使重度酸雨出现的比例与小雨比较增加了22.89%。

4）降雨间隔期增长使酸雨发生和程度呈加重的趋势。

关键词：酸雨;pH;雨强;降雨量;季节
中图分类号:P426.61文献标志码:A
酸雨和大气酸化、大气中臭氧引起的地球化学系统变化、生态环境不均衡性及温室气体引起的气候变化为21世纪地球所面临的4个主要环境问题[1]o自罗伯特•史密斯最早在英格兰开始对酸沉降现象调查，并在1872年提出“酸雨”这一术语后，直到20世纪50年代，瑞典斯德哥尔摩国际气象研究所主持建立了欧洲大气化学监测网后，对降水化学全面而系统地长期观测研究才真正开始[2]o我国的酸雨研究起步更晚，1982年开展了首次全国酸雨普查，除吉林、甘肃和宁夏外，其他各省、市、自治区均有酸雨出现,酸雨污染已覆盖国土面积的40%，1999年的调查数据表明，酸雨的程度进一步加重，南方许多城市的酸雨频率高达80%⑷。

进入21世纪后，我国酸雨的程度还在加重，长江以南地区成为中国酸雨污染最严重的地区叫该区域50%以上的面积成为强酸雨区[6]o作为我国四大工业区之一的珠三角地区是酸雨的重灾区，很多区域酸雨的频度和程度仍在进一步加剧。

广东除连南、连山、阳山、清新县、乳源、新丰县外其他区域均为酸雨控制区，酸雨控制区占全省国土面积的71.6%，占全国酸雨控制区总面积的16%。

1995—2004年酸雨监测资料表明：广东的酸雨控制区的酸雨频率以及重酸雨（pH< 4.50）频率均呈现比较明显的上升趋势[7]o
对于酸雨形成的化学成分因素研究较多[8-12]o关于气象因素中风向、风速、边界层温度、大气稳定度、大气混合层高度等污染气象条件对诱发酸雨出现的条件影响也有探讨[13-15]o对于降雨的影响，吴贤笃等对温州酸雨的研究表明酸雨的pH值与季度降水量有明显的正相关[16]o张晓红等在对洛阳酸雨的研究中认为:降水量对降水的pH值有直接影响，连续降水和降水量大时,pH值降低⑹。

谢志清等根据气象观测资料分析表明:江南强酸雨区冬季降水减少，夏季暴雨显著增加有利于酸雨缓解，使强酸雨范
收稿日期:2020-03-06
基金项目：国家自然科学基金资助项目（41571091）
作者简介:魏兴琥（1964-），男，甘肃兰州人，佛山科学技术学院研究员，博士。

2佛山科学技术学院学报（自然科学版）第39卷围缩小,而在冬季降水偏多,夏季降水相对偏少期,强酸雨覆盖范围扩大;西南强酸雨区春秋季降水量 的减少导致春秋季降水占年降水量比例下降，使得年降水pH 值升高，强酸雨形势得到缓解网。

佛山 是中国主要的制造业基地，其制造业等实体经济高度集聚所排放的污染物使得佛山成为珠三角酸雨最 严重的区域之一"皿。

佛山多年平均降雨量高达1 692 mm ,夏季多台风暴雨，干湿季明显，雨量、雨强变 化幅度很大，一次强降雨过程的降雨量就超过100 m m ,与国内其他温带、暖温带、亚热带等区域显著不 同。

本文选择佛山开展降雨量、雨强与酸雨关系研究，可以更好地了解降雨动力对酸雨程度影响的过 程、程度与机制,研究成果不仅对珠三角有借鉴意义，而且对于工业经济高速发展的其他城市和区域也 有很好的参考意义。

1实验材料与方法
1.1研究区概况
雨水采集点选择位于佛山科学技术学院本部禅城区校区基础楼楼顶（E113。

1 41〃 ,N23° 5， 23〃，海拔25 m ）如图1所示。

佛山属南亚热带季风气候，年平均气温22.4 °C ,春夏两季降雨占全年降 水的80%以上。

采样点地处禅城区市区中心地段，邻近工业区和交通中心，有很好的代表性。

广东省地图N
三水区
A
顺德区
禅肿科学技术学院
高明区图1实验观测点位置
1.2实验样品采集、测定与分析
在楼顶空旷地放置雨量筒测定雨量，同时布设3个与雨量筒口径接近的塑料杯收集降雨,每次收 集完水样后将其清洗干净后放回，如长时间无降雨，则在降雨前再次清洗。

降雨结束后立即将雨水样送 至临近的资源环境实验室用pHSJ-3F 型pH 计测定雨水pH 值，精度0.01。

2016年4、5、8月份各选择 一次较长时间降雨过程，每0.5 h 测一次雨量与雨水pH 值，分析雨强与酸雨的关系。

运用EXCEL 2007对降雨数据进行汇总统计，分析降雨量、降雨次数、pH 值、不同季节变化的基本 情况及规律,并运用SPSS 16.0对降雨量与pH 值之间进行相关性分析。

2结果与分析
2.1酸雨的月分布与季节特征
在观测实验的4年共50个月时间内,获取了 129个有效雨水pH 值数据，其中,pH < 5.6的酸雨次
第2期魏兴琥等：酸雨的季节性分布特征及与雨量、雨强的关系3数为108次，占降雨总数的83.72%,包括轻度酸雨
（4.5 <pH< 5.6）72 次，重度酸雨（pH < 4.5）36 次，分别
占降雨总数的55.81%和27.91%。

雨水pH 与月份间
呈多项式关系（y= -0.024 7 x 2 + 0.349 2 x + 3.829 6，
r 2 = 0.540 4）如图2所示。

由图2可以看出，1~12月月
平均雨水pH 值都达到酸雨水平，12月的雨水pH 值
平均值最低，7月的雨水pH 平均值最高。

从表1可以看出，春夏两季降雨次数占全年降雨次
数的72.87%，冬春季节雨水pH 平均值明显小于夏秋季 节，且酸雨比例、重度酸雨比例都明显高于夏秋季节。

月份
图2酸雨的月分布情况
季节降雨次数/次重度酸雨次数/次轻度酸雨次数/次 酸雨占降雨比例/%重度酸雨占比/%轻度酸雨占比/%表1 2012—2016年测定点酸雨频度与程度季节性分布
春
48192795.89.5856.25夏
4672569.5715.2254. 5秋
2431679.1712.5066.67冬117
4100.006 .64 6. 6总计1296728 .7227.9155.81
由此可知,佛山市酸雨数量与程度呈明显的季节性分布规律，佛山市的气候是南亚热带季风气候, 春秋短，干湿季明显,夏季受来自海洋的暖湿气流的影响，高温潮湿多雨，气候具有海洋性，暴雨多，雨 量大，雨季也主要集中在4~9月，降雨量占全年的80%左右。

冬季受来自大陆的干冷气流的影响，气候 寒冷，干燥少雨，气候具有大陆性。

冬季少有的降雨使酸性气体不断积累于大气中难以扩散，一旦下雨， 尤其是冷锋南下，既加重酸性气体累积，又形成浓度很高的酸雨，降水基本为酸雨，且重度酸雨多。

春末 夏初，雨季到来，环流得以改善，降雨次数增多，尽管酸雨频度上升，重度酸雨次数多，但酸雨占比降低， 偏向于轻度酸雨。

由夏季开始至雨季结束，佛山市主要由热带天气系统带来降水。

大气环流最活跃的夏 季，多个天气系统共同影响降水过程，强降雨较多，尤其是台风等大风天气,稀释酸性气体，即使酸雨仍 会形成，但在雨水冲刷下，空气中酸性离子根减少，雨水随之结合减少，此时降水次数多，酸雨频度高， 但是降水大部分为轻度酸雨或非酸雨，重度酸雨已极少。

2.2酸雨与降雨量的关系
将129次降雨的降雨量与各次的雨水pH 值进行相关性分析，结果如表2所示。

由表2可知，降雨 量与雨水pH 值呈负相关关系,二者的皮尔逊相关的显著性系数达0.821，未达到显著性相关。

但对不同 程度酸雨的降雨量与雨水pH 值之间的相关分析发现,随酸雨程度增加,降雨量对雨水pH 值的影响程 度增加，达到重度酸雨时,降雨量与雨水pH 值之间呈显著的负相关关系。

张晓红等在对洛阳酸雨的研 究认为连续降水和降水量大时,pH 值降低［21］；吴贤笃等对温州酸雨的研究认为，温州酸雨的pH 值与季 度降水量有明显的正相关创。

由此可见，降雨量对酸雨程度的影响是一个复杂的过程，除雨量外，还与 降雨间隔时间、气象条件、降尘等多因素相关［21-22］。

表2降雨量与雨水pH 、不同酸雨程度降雨量与雨水pH 相关性分析结果
总体重度酸雨轻度酸雨非酸雨
降雨量/mm pH 值降雨量/mm pH 值降雨量/mm pH 值降雨量/mm pH 值
皮尔逊相关1-0.0201-0.347*1-0.0821-0.007
降雨量 显著性系数（二尾）0.8210.0360.4970.978
N （自由度）129
129373771712121皮尔逊相关0.020
1-0.347*1-0.0821-0.0071pH 值 显著性系数（二尾）0.821
0.0360.4970.978N （自由度）129129373771712121
注：*表示0.05水平的显著性相关（二尾）。

4佛山科学技术学院学报（自然科学版）第39卷
2.3酸雨与雨强的关系
对3次连续降雨过程的雨强有效数据与pH平均值之间进行相关分析，结果表明，雨强与雨水pH 值有显著的负相关关系（皮尔逊相关系数-0.451，显著性系数0.046）,按照雨量等级（小雨：2WR<10,中雨：10WR<25,大雨25WR<50,暴雨:RM50,R单位为mm）对观测雨量进行划分，并对不同雨量等级下降水pH值、酸雨、不同程度酸雨出现频率的变化情况进行分析，结果如表3所示。

表3不同雨量等级下酸雨程度出现率的统计结果
雨量等级pH值降雨次数/次酸雨比/%轻度酸雨比/%重度酸雨比/%
小雨 4.8917100.08.3517.65
中雨 4.963479.4155.88 3.53
大雨 4.90418.9358.54 4.39
暴雨 4.753781.0840.5440.54由表3可知,小雨使酸雨出现的概率达到100%,但重度酸雨出现的概率只有17.65%,而暴雨使重度酸雨出现的比例上升到40.54%,与轻度酸雨出现的比例相同，这也证明了雨强与酸雨程度有负相关关系。

酸雨是降雨过程中雨滴与空气中硫化物、氮化物等结合后的沉降过程，不同雨强，雨滴的密度、大小不同，与大气化合物结合的机会、程度也不同，雨强越大，雨滴直径大、密度高，与大气化合物结合的机会大,使雨水中酸性物质含量高，雨水pH值变小。

佛山市夏季高温多雨，常伴有暴雨，高温状态下空气中酸性物质含量高,且降水时间集中而短暂,大气中的水与酸性物质快速结合,形成强酸,导致pH值低。

2.4降雨间隔天数对雨水pH值的影响
将观测降雨数据之间的间隔天数分成3类发现，降雨间隔超过10d的降雨43次，雨水平均pH值4.81,非酸雨6次，重度酸雨12次，占27.91%,轻度酸雨25次;降雨间隔3~9d的降雨42次，雨水平均pH值4.86,非酸雨6次，重度酸雨13次，占30.95%，轻度酸雨23次;降雨间隔3天以下的降雨44次,雨水平均pH是4.94,非酸雨9次，重度酸雨11次，占25%,轻度酸雨24次。

从变化趋势看，间隔时间越长，虽然酸雨比例变化不明显,但有使酸雨程度加重的趋势。

从酸雨形成过程分析,空气中的硫化物、氮化物等浓度是酸雨形成的物质基础，雨水是媒介及动力，长时间无降雨或风力影响，地面污染物持续排放会增加空气中污染物的浓度，自然会增加酸雨的频度和程度，但降雨间隔时间长短只是为空气中氧化物的浓度提供了物质基础，形成酸雨的因素很多，大气环流、风力大小、氧化物类型、空气中颗粒物、季节、雨量、雨强等共同制约酸雨的形成及程度。

间隔期较长的降雨基本发生在冬季，大气环流最不活跃，降水最少,酸性气体积累于大气中难以扩散。

而夏季降雨次数多,雨量充沛。

3结论
南亚热带充沛的降雨为酸雨的研究提供了很好的基础。

佛山市是珠三角乃至全国典型的酸雨重灾区，酸雨频度、程度表现出一定的季节分布规律，春冬两季是酸雨高发期,无论是酸雨频度还是酸雨程度都远高于夏秋两季，月分布规律也表现出相同规律。

5~10月雨水pH值明显高于其他月份。

降雨量与雨水pH值呈不显著的负相关关系，但重度酸雨的降雨量与雨水pH值之间却达到显著相关，证明降雨量对酸雨程度的直接影响比较复杂,可能还取决于雨滴与化合物的结合、降雨间隔、气象条件等多个因素。

雨强和雨水pH值之间显著的负相关关系证明了雨强是影响酸雨程度的主要因素之一，按照气象学的降雨强度分级指标,小雨使酸雨出现的概率增加，但重度酸雨出现比例降低，而暴雨使重度酸雨出现的比例明显上升,酸雨发生的比例有所减少。

长时间不降雨会加大酸雨发生和程度加重的趋势。

参考文献：
[1]LEI XE,HAN Z W,ZHANG M G.Physical,chemical,biologicalpro-gress and mathematical modelon air pollution[M].Beijing:
China Meteorological Press,1998:355.
第2期魏兴琥等：酸雨的季节性分布特征及与雨量、雨强的关系5
[2]瑞典农业部.环境酸化的现状与展望[M].姜邦晔，译.北京:科学出版社,1989:198.
[3]张燕,刘立进.我国酸雨分布特征及控制对策[J].陕西环境,1998,5(4):39-40.
[4]杨宗慧.我国酸雨状况和对策[J].云南环境科学,2002,21(1):24-26.
[5]谢志清，杜银，曾燕,等.降水时空变化对中国南方强酸雨分布的影响[J].地理学报,2008,63(9):913-923.
[6]赵艳霞，侯青.1993—2006年中国区域酸雨变化特征及成因分析[J].气象学报,2008,66(6):1032-1042.
[7]伍世丰.珠三角酸雨污染特征及其影响因素初步分析[D].广东:暨南大学,2011.
[8]杜光智，黄晓华,黄霞,等.湖北省酸雨的时空分布规律及成因分析[J].长江流域资源与环境,2003,12(4):377-381.
[9]黄海洪，董蕙青，陈竑，等.南宁市酸雨特征及来源分析[J].南京气象学院学报,2004,27(6):784-790.
[10]潘秀丽.福建省酸雨成因分析及防治对策[J].水利科技,1999(4):4-6.
[11]刘丽,廖柏寒，雷鸣，等.长沙市酸性降水现状与成因及对策[J].湖南农业大学学报：自然科学版,2005,31(2):216-
218.
[12]许晶.湖南省酸性降水现状、成因及对策研究[J].环境污染治理技术与设备,2001,2(4):25-29
[13]廖洁.武汉市酸雨地区分布规律的研究[D].武汉:武汉理工大学,2004.
[14]梅自良.成都市区降雨化学组成及酸雨成因综合分析[D].成都:四川大学,2005:82.
[15]俞绍才，蔡小平，陈小江,等.厦门酸雨与气象要素的关系及污染源的分析[J].气象,1994,20(5):20-23.
[16]吴贤笃，施松微,吴正可.温州市酸雨特征及气象条件分析[J].浙江气象,2004,25(4):20-24.
[17]张晓红,张勇慧，陈辉.洛阳市酸雨形势及成因分析[].河南科技大学学报：自然科学版,2005,26(5):98-101.
[18]谢志清，杜银，曾燕,等.降水时空变化对中国南方强酸雨分布的影响[].地理学报,2008,63(9):913-923.
[19]关共凑.佛山市区酸雨现状及防治对策[].佛山科学技术学院学报(自然科学版),2001,19(1):45-48.
[20]黄金国，关共凑，李凡.佛山市区大气降水pH值的时空分布及酸雨成因研究[J].城市环境与城市生态,2003,16(6):
228-230.
[21]张晓红，张勇慧，陈辉.洛阳市酸雨形势及成因分析[J].河南科技大学学报：自然科学版,2005,26(5):98-101.
[22]吴贤笃，施松微,吴正可.温州市酸雨特征及气象条件分析[J].浙江气象,2004,25(4):20-24.
【责任编辑:任小平***************] Seasonal distribution of acid rain and its relationship with rainfall and rainfall intensity
-------Take Foshan as an example
WEI Xing-hu,SUN Xiao-man,QIU Dan-xuan,CHEN Yi-zhe
(Guangdong Northwest River Basin Ecological Civilization Construction and Sustainable
Development Research Center,Foshan University,Foshan528000,China)
Abstract:Taking Foshan city as the research area,the correlation among rain pH,rainfall and rainfall intensity was analyzed through129rainfall data observed in4years,and the seasonal distribution of acid rain was discussed.The results showed that:1)the monthly average rain pH was linear with the month.The rain pH from May to October was significantly higher than that in other months,and the average rain pH in winter and spring was not only significantly lower than that in summer and autumn.in addition,the proportion of acid rain and severe acid rain was significantly higher than that in summer and autumn.2)There was no significant negative correlation between129times of rainfall and rain pH,but with the increase of acid rain degree,the influence of rainfall on rain pH increased,and there was a significant negative correlation between heavy acid rain rainfall and rain pH.3)There was a significant negative correlation between rain intensity and rain pH.The proportion of heavy acid rain increased by22.89%compared with light rain.4)The increase of rainfall interval aggravates the occurrence and degree of acid rain.
Key words:acid rain;pH;rainfall intensity;precipitation;season。