第37卷第6N 期第6N 期年6月2014
Environmental Science &Technology
Vol.37No.6N
Jun. 2014
李亚军，吕红玉，初桂华，等．山西省酸雨变化趋势特征分析［Ｊ］．环境科学与技术，２０１４，３７（６Ｎ）：６７－７１．ＬｉＹａｊｕｎ，ＬｙｕＨｏｎｇｙｕ，ＣｈｕＧｕｉｈｕａ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌ－
ｙｓｉｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｃｉｄｒａｉｎｉｎＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３７（６Ｎ）：６７－７１．
山西省酸雨变化趋势特征分析
李亚军1，吕红玉2，初桂华2，张忠效3，宋东键4，赵海英5
（1. 山西省气象信息中心，山西太原030006；2. 黑龙江佳木斯市气象局，黑龙江佳木斯154004；
3. 山西太原市气象局，山西太原
030002；
4. 山西和顺县气象局，山西和顺032700；5. 山西省气象台，山西太原030006）
摘
要：酸雨严重危害工农业生产、生态环境。利用气候倾向率及相关系数方法统计分析1994-2012年山西省南部侯马和中部太原；
2006-2012年北部五台山、大同、南部长治这5站酸雨观测资料，分析山西省酸雨的时空分布特征。结果表明：1994-2012年侯马和太原酸雨年平均pH 值范围在5.01~6.40，呈明显的下降趋势为-0.310/10a ，尤以南部侯马降低最为明显。在秋季下降最为明显为-0.953/10a ，从10年尺度来看，21世纪前10年与20世纪90年代pH 值下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。不同等级降水酸雨发生频率差别大，在降水量5~10mm 时酸雨发生频率最大, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小。酸雨发生的频率有明显的季节性，在夏季发生的频率最大，降水酸性也最强。酸雨发生频率的空间分布特征呈现出：山西省南部和西北部酸雨比其他地区污染严重，侯马出现的频率最大，为29.94%；大同出现的频率最小，为0.63%。
关键词：山西；pH 值；K 值；酸雨频率中图分类号：X517
文献标志码：A
doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2014.6N.014
文章编号：1003-6504(2014)6N-0067-05
Analysis of Changing Trend Characteristics of Acid Rain in Shanxi
Province
LI Yajun 1, LYU Hongyu 2, CHU Guihua 2, ZHANG Zhongxiao 3, SONG Dongjian 4, ZHAO haiying 5
（1. Shanxi Meteorological Information Center, Taiyaun 030006；2. Meteorological Bureau of Jiamusi, Jiamusi 154004；
3. Meteorological Bureau of Taiyuan, Taiyuan 030002；4. Meteorological Bureau of Heshun, Heshun 032700；
5. Shanxi Meteorological Observatory, Taiyaun 030006）
Abstract ：Acid rain has serious damage to industry and agriculture production and ecological environment. Using the obser －vational data of acid rain of Houma and Taiyuan station from 1994to 2012and the data of Wutai Mountain, Datong and Changzhi station from 2006to 2012, the temporal and spatial distribution characteristics of acid rain in Shanxi province are investigated with methods of climate tendency rate and correlation coefficient. The results indicate that:the annual mean pH value of acid rain in Houma and Taiyuan from 1994to 2012is in the range of 5.01~6.40,which shows obvious downward trend and the rate of descent is -0.310/10a. The most obvious descent occurs in the autumn of Houma and the rate of descent is -0.953/10a. From the 10years scale, the pH value dropped by 0.39in 1990s and the first 10years of 21century, and the acidity of acid rain in Shanxi Province is on rising trend. Different levels of precipitation have different acid rain frequency ，When the rainfall is between 5to10mm, the occurrence frequency of acid rain reaches to the maximum. While when the rain －fall is more than 15mm, the occurrence frequency is reduced significantly. The occurrence frequency of acid rain shows obvi －ous seasonal characteristic. In the summer, the frequency reaches to the biggest and the precipitation acidity reaches to the strongest. The spatial distribution shows that the acid rain pollution in south and northwest of Shanxi Province is more serious than other regions. The max frequency occurs in Houma station and the value is 29.94%, and The min frequency occurs in Datong station and the value is 0.63%.
Key words ：Shanxi; pH; K value; frequency of acid rain
是因人类活动（或火山爆发等自然灾害）导酸雨，
收稿日期：2013-08-20；修回2013-12-26
致区域降水酸化的一种污染现象，对公众健康、工农
）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ《环境科学与技术》编辑部：（网址
作者简介：李亚军(1970-)，女，高级工程师，学士，主要从事地面、酸雨、高空等质量控制和分析研究（, 电子信箱）[email protected]。
６８
业生产、生态环境以及全球变化都有重要的影响[1]。世
）已建立了全球大气监测网界气象组织（WMO
（GAW ），来协调由WMO 成员国实施的大气污染测量[2-4]。中国气象局的酸雨观测业务逐步走向规范化，
已观测质量日益提高，所积累的长期酸雨监测资料，
经应用于我国的环境监测、治理的科学决策和相关科学研究。洪也等[5]对2004-2008年辽宁酸雨时空分布特征研究表明酸雨强度逐年增强的趋势，以夏季酸度为最强。徐梅等[6]对天津市酸雨变化规律及成因进行了初步研究，发现天津市酸雨呈逐年减少趋势。王研等[7]对抚顺市区酸雨分布特征研究发现酸雨主要出现在10月和12月, 降水污染主要受局地影响。王文兴等[8]对辽宁凤凰山酸雨来源研究表明该地区降水集中在夏季，而丹东地区夏季又盛行东南风，受到朝鲜半岛和日本的影响出现了较强的酸雨。张新民等[9-11]对中国酸雨研究现状发现北方酸雨区继续扩展，强酸雨区范围为1994年以来最大，但酸度有所减弱。
山西属温带大陆性季风气候，冬季长而寒冷干燥；夏季短而炎热多雨；春季日温差大，风沙多；秋季短暂，气候温和。年平均气温3~14℃，西部黄河谷地、太原盆地和晋东南的大部分地区，平均温度在8~10℃之间；临汾、运城盆地年均温度达12~14℃。山西省主要粮食作物有小麦、高粱、玉米、豆类和薯类；经济作物有棉花、烟叶、甜菜、胡麻、油菜籽等。大同、太原、忻州、临汾和运城等盆地是山西省的主要农作区。酸雨对生态系统、建筑物和人体健康都造成了严重危害[12]，
太原、长治、大同、五台山5站本文利用山西省候马、
酸雨观测资料，初步研究山西省酸雨的时空分布变化，以期为今后治理大气污染和防治酸雨提供重要科学依据。
1数据来源及数据处理
数据资料
本文使用1994-2012年山西省南部侯马国家基准气候站（111°22′E ，35°39′N ）、中部太原国家基准气候站（112°35′E ，37°37′N ）、2006-2012年北部五台山国家基本气象站（113°31′E ，38°57′N ）和大同国家基准气候站（113°25′E ，40°05′N ）、南部长治国家基本气象站（113°04′E ，36°03′N ）酸雨观测资料(图1) ，经过严格的质量控制得到原始数据，按12-2月为冬季，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季生成逐季序列以及年序列。1992年开始降水采样、H 值和电导率的测量均按照中国气象局《酸雨观测方法（试行二版）》的统一业务规范要求，按降水事件进行采样。自2001年起，在原有的基础上根据国家标准（GB/T19117-1.1
第37
卷
2003）《酸雨观测规范》的有关规定，所有站点必须符合酸雨探测环境和《酸雨观测规范》的要求。2006年初开始改为日采样，在气象观测站，降水采样设备一般宜安装在观测场的东南方，每日08:00时为酸雨观测降水采样的日界，当日08时至次日08:00时为一个降水采样日。每日采样并在每天规定时间检查采样器是最科学有用的方式，因为样品可快速保存，从而防止不稳定物种产生明显的生物降解[2]。在一个降水采样日内，无论降水是否有间隔及间隔长短，降水量达到1.0mm 时，必须采集一个日降水样品。降水样品采集后，应立即开始测量前的准备工作，并于4h 内完成降水样品的测量。
线性趋势拟合
倾向率是采用线形方程y =a +bt ，y 为年平均pH 值，t 为时间；a 为线性趋势项，回归系数b 表示气候变
b ×10表示平均pH 值每10年的量X 的趋势倾向[16]，
气候倾向率, 对趋势系数进行显著性检验。2结果分析
山西省降水酸度变化
评价一个地区酸雨程度的方法通常采用降水酸度法。降水酸度是以降水pH 值的年平均表示[5]。利用山西省1994-2012年南部侯马和中部太原酸雨观测站资料分析降水的年平均pH 值变化趋势（图2(a)），降水19a 平均pH 值范围在5.01~6.40，历年平均pH 值5.72，19a 平均pH 值最小出现在2007年，19a 平均pH 值最大出现在1997年。从10a 尺度来看，21世纪前10a 与20世纪90年代下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。山西省是我国的能源大省，煤炭作为工业原料、动力和民用能源的主体，其消耗量居全国首位，在全省污染源排放中，煤烟型污染的排放量占到90%以上[13], 所以山西省酸雨污染严重。
1994-2012年山西省降水年平均pH 值具有明显的下降趋势，降幅为-0.062～-0.562/10a(均通过0.10以上的显著性检验), 平均降幅-0.310/10a ，
尤以南部2.1
1.2
第6N 期李亚军，等
山西省酸雨变化趋势特征分析
６９
侯马降低最为明显为-0.562/10a，侯马地区降水年平
均pH 值有9年低于5.60，2007年平均pH 值甚至低于4.5。从图2(a)显示的降水酸度趋势看，侯马除2004-2006年间的变化趋势有所减缓外，2007-2012年间降水酸度一直保持较快的增强趋势，侯马2007-2012年平均pH 值为4.86，比本站1994-2006年平均pH 值偏低1.26。侯马市位于山西南部，靠近陕西、河南，由于侯马市位于晋南地区的临汾和运城地区的煤炭消耗量位于山西省的前三位之列，其二氧化硫、工
所业扬尘、PM 10的排放量则居省内各地区的前两位，
以侯马地区酸雨具有硫酸型特征，也是我国北方地区酸雨污染最严重的地区[13-14]。
（又称K 值）可反映出大气降水的洁净电导率值
程度，降水的电导率越小，说明水中的杂质越少，降水较洁净。从图2(b)中可以看到，1994-2012年山西省年平均电导率值在93.0μS/cm~279.1μS/cm之间，自2001年以来有明显的下降趋势，近12年平均电导率值比前7年平均电导率降低了80.45μS/cm。进入21世纪后，由于经济起步的时间差异，各省的排放量和增长幅度不一致，随着国家新一轮的减排措施的到位，2005年开始，河南、山西、陕西先后出现二氧化硫排放量下降或趋于稳定的现象[13]。
图3为2006-2012年山西省5站酸雨频率和强酸雨频率随降水量的变化情况, 在不同降水强度时弱酸雨和强酸雨发生频率变化一致，在降水量达到1mm 以上, 随着降水量的增加酸雨频率逐步上升，在降水量5~10mm 时，强酸雨和弱酸雨发生频率都最大，超过26%, 降水量继续增大, 酸雨发生的频率反而逐步减小, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小，由于降水增大，大气降水则成为稀释过程, 这与三江平原佳木斯酸雨及其成因初探结果相一致[16]。
2.2
利用2006-2012年山西省月平均pH 值与电导率进行相关分析，呈明显正相关，相关系数为0.637（通过了显著水平为0.05的t 检验）。K 值在一定程度上反应了大气气溶胶的浓度，这说明大气气溶胶的碱性物质可以缓冲大气中的酸性成分, 这与周贺玲研究的石家庄市酸雨污染现状相一致[15]。
山西省酸雨空间分布特征
山西省酸雨监测站增加到5个，自2006年以来，
表1为2006-2012年山西省5个酸雨观测站pH 值分布结果：2006年除太原外, 其余南部侯马和长治、北部五台山和大同4站都为酸雨站；2007和2008年除大同外其他4站都为酸雨站，且酸性降低明显，其中2007年南部侯马年平均pH 值小于4.5，为强酸雨站；2009年酸雨站减少到3个，为侯马、长治和五台山；2010-2012年侯马、长治、五台山和大同4站都为酸雨站但年平均pH 值明显上升，大气降水的酸性有所下降。自2006年以来，南部侯马和长治、北部五台山一直都是酸雨站。
图4为2006-2012年山西省5个酸雨观测站7a 年平均pH 值变化为4.89~6.01，最低值出现在南部侯马为4.89，最高值出现在中部太原为6.01，山西省酸雨年平均pH 值为5.30，酸雨年平均pH 值为5.12。酸雨年平均pH 值小于5.6的有南部侯马和长治、北部五台山和大同4个城市，说明山西省南部和东北部酸雨比中部污染严重。
图5为2006-2012年山西测站pH 年平均值分布图。从图5可以看出，酸雨主要发生在西南部侯马最强，pH 值＜5.00, 西南部和西北部次之，pH 值最高为中部太原为6.01, 其次是北部大同，除中部外山西省大部分地区pH 值都小于5.60。
表2中给出了2006-2012年山西省酸雨发生频率变化，强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率0.63%~
７０
表12006－2012年山西酸雨观测站降水年平均pH
值
测站侯马长治五台山大同太原年平均值
2006年5.095.045.145.256.365.37
2007年4.265.114.975.635.065.00
2008年4.644.684.945.705.285.04
2009年4.814.954.685.696.245.27
2010年5.534.764.705.576.025.31
2011年4.914.925.275.566.625.45
2012年5.005.515.505.566.515.61
第37
卷
7a 平均4.895.005.035.576.015.30
表22006-2012年山西省各站酸雨频率统计
有测量记录
/次
侯马长治五台山大同太原平均
[***********]
强酸雨频率
/%29.9421.0923.710.638.5816.79
弱酸雨频率
/%28.5328.6441.5941.1412.7230.52
非酸雨频率
/%41.5350.2634.7058.2368.7050.68
南部侯马出现的频率最大为29.94%，北部大29.94%，
同最小0.63%, 可见南部候马污染最为严重。排放源研究报告指出[13]，山西省能源结构和主导工业的单一性质导致了该省的各类污染物排放构成上具有协同性和共生性。在晋南地区，临汾和运城两市的焦煤、煤化工和化工原料生产的工业排放是影响侯马地区的重要本地污染源。候马因来源于本地区内焦煤、煤化工
造粉尘、氮氧化物、氨等的同源排放影响，行业的SO 2、
NO 3-、Ca 2+、NH 4+等4种主要成侯马地区降水中SO 42-、
离子之间的高度相关性以及降水中较高NH 4+离子含
）的重要特点[17-19]。由此量（基本与Ca 2+离子含量持平
可以认为，地区内的污染排放是影响当地降水酸性和离子成分组成的最主要因素。2.3山西省酸雨季节分布特征
由表3可知，2006-2012年山西省5站各季平均pH 值统计，山西省各酸雨观测站的各季节变化特征以夏季和秋季平均pH 值最小，季平均pH 值为5.10，
污染最为严重，其次冬季为5.45，春季最高为5.52，四
季标准偏差分别为0.37、0.45、0.59、0.63，各个季节数据值偏离算术平均值的程度春季最小。春季、夏季、秋季平均pH 值气候倾向率都呈明显的下降趋势，在秋季下降最为明显，为-0.953/10a ，夏季次之，为-0.814/10a ，冬季相反有升高趋势, 为0.289/10a 。山西省酸雨发生频率弱酸性降水（4.50≤pH ＜5.60）出现的频率以夏季最高为41.48%，占酸雨观测总数30.74%，其次为秋季为28.36%，占酸雨观测总数34.46%，最低为冬季7.05%，占酸雨观测总数33.86%。强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率也与之类似，夏季最高为42.99%，占酸雨观测总数17.13%。其次为秋季, 冬季最低为3.96%，占酸雨观测总数10.24%。可见山西省酸雨发生的频率有明显的季节性，在夏季发生的频率最大，降水酸性也最强，秋季次之，冬季最弱。
表32006-2012年山西省各季平均pH 值统计
春季
季平均pH 值标准偏差气候倾向率/10a 弱酸性降水出现的频率/%强酸性降水出现的频率/%弱酸性降水占酸雨总数/%强酸性降水占酸雨总数/%
5.520.37-0.406**23.1113.7225.548.15
夏季5.100.45-0.814***41.4842.9930.7417.13
秋季5.100.59-0.953***28.3639.3334.4625.70
冬季5.450.630.289*7.053.9633.8610.24
0.05、0.01显著性检验。注：*、**、***分别表示通过0.10、
山西省酸雨月平均变化特征
由表4可知,2006-2012年山西省5站月平均pH 值范围在4.67~5.87，2、3、5、6、7、8、9、10月平均pH 值均低于5.60，说明这8个月降水的pH 值总体偏低，9月平均pH 值达到最小值为4.67，说明山西省9
月污
2.4
第6N 期李亚军，等山西省酸雨变化趋势特征分析
７１
（1、4、11、12月）平均pH 染最为严重。而其余几个月
值均高于5.60，月平均pH 最大值出现在4月为5.87。标准偏差在0.26~1.16之间，3-4月标准偏差最小。酸雨发生的频率在0.88%~19.01%，发生酸雨最大频率出
地区月平均pH 值标准偏差酸雨发生频率/%占酸雨总数/%
15.690.530.8832.00
25.420.653.9850.70
35.250.266.0855.00
45.870.263.4326.27
55.390.717.8537.97
现8月, 占酸雨观测总数55.31%，7、8、9三个月的酸沉
降量为最大，分别占全年的13.37%、19.01%、17.90%，3个月累计酸沉降量约占全年的5成，这样导致山西省夏季降水出现酸雨频率最高。
65.200.4910.8344.95
75.250.6613.3741.02
84.890.5019.0155.31
94.670.5117.9063.53
105.240.8510.3961.44
115.651.165.0848.94
125.741.111.2237.93
表42006-2012年月平均平均pH 值统计分析
3结论
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山西省1994-2012年侯马和太原酸雨观测站（1）
资料分析降水的19a 年平均pH 值范围在5.01~6.40，降水的年平均pH 值气候倾向率呈明显的下降趋势，为-0.310/10a ，尤以南部侯马降低最为明显。2-3、5-10月平均pH 值均低于5.60，9月平均pH 值达到最小值为4.67，夏季和秋季平均pH 值最小，为5.10，污染最为严重。春季、夏季、秋季平均pH 值气候倾向率都呈明显的下降趋势，在秋季下降最为明显，为-0.953/10a ，从10年尺度来看，21世纪前10年与20世纪90年代下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。山西省月平均pH 值与电导率呈明显正相关，相关系数为0.637。不同等级降水酸雨发生频率差别大，随着降水量的增加酸雨频率逐步上升，在降水量5~10mm 时酸雨发生频率最大, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小。
（2）山西省酸雨发生频率7、8、9三个月的酸沉降量为最大，3个月累计酸沉降量约占全年的5成，这样山西省夏季降水出现酸雨频率就最高。弱酸性降水（4.50≤pH ＜5.60）出现的频率12.72%~41.59%，北部五台山和大同出现频率最大为41.59%~41.14%，中部太原最小为12.72%。强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率0.63%~29.94%，南部侯马出现的频率最大为29.94%，北部大同最小0.63%, 可见南部侯马污染最为严重。
（3）自2006年以来，西南部侯马和西南部长治、西北部五台山一直都是酸雨站。山西省南部和西北部酸雨比其他地区污染严重。
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第37卷第6N 期第6N 期年6月2014
Environmental Science &Technology
Vol.37No.6N
Jun. 2014
李亚军，吕红玉，初桂华，等．山西省酸雨变化趋势特征分析［Ｊ］．环境科学与技术，２０１４，３７（６Ｎ）：６７－７１．ＬｉＹａｊｕｎ，ＬｙｕＨｏｎｇｙｕ，ＣｈｕＧｕｉｈｕａ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌ－
ｙｓｉｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｃｉｄｒａｉｎｉｎＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３７（６Ｎ）：６７－７１．
山西省酸雨变化趋势特征分析
李亚军1，吕红玉2，初桂华2，张忠效3，宋东键4，赵海英5
（1. 山西省气象信息中心，山西太原030006；2. 黑龙江佳木斯市气象局，黑龙江佳木斯154004；
3. 山西太原市气象局，山西太原
030002；
4. 山西和顺县气象局，山西和顺032700；5. 山西省气象台，山西太原030006）
摘
要：酸雨严重危害工农业生产、生态环境。利用气候倾向率及相关系数方法统计分析1994-2012年山西省南部侯马和中部太原；
2006-2012年北部五台山、大同、南部长治这5站酸雨观测资料，分析山西省酸雨的时空分布特征。结果表明：1994-2012年侯马和太原酸雨年平均pH 值范围在5.01~6.40，呈明显的下降趋势为-0.310/10a ，尤以南部侯马降低最为明显。在秋季下降最为明显为-0.953/10a ，从10年尺度来看，21世纪前10年与20世纪90年代pH 值下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。不同等级降水酸雨发生频率差别大，在降水量5~10mm 时酸雨发生频率最大, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小。酸雨发生的频率有明显的季节性，在夏季发生的频率最大，降水酸性也最强。酸雨发生频率的空间分布特征呈现出：山西省南部和西北部酸雨比其他地区污染严重，侯马出现的频率最大，为29.94%；大同出现的频率最小，为0.63%。
关键词：山西；pH 值；K 值；酸雨频率中图分类号：X517
文献标志码：A
doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2014.6N.014
文章编号：1003-6504(2014)6N-0067-05
Analysis of Changing Trend Characteristics of Acid Rain in Shanxi
Province
LI Yajun 1, LYU Hongyu 2, CHU Guihua 2, ZHANG Zhongxiao 3, SONG Dongjian 4, ZHAO haiying 5
（1. Shanxi Meteorological Information Center, Taiyaun 030006；2. Meteorological Bureau of Jiamusi, Jiamusi 154004；
3. Meteorological Bureau of Taiyuan, Taiyuan 030002；4. Meteorological Bureau of Heshun, Heshun 032700；
5. Shanxi Meteorological Observatory, Taiyaun 030006）
Abstract ：Acid rain has serious damage to industry and agriculture production and ecological environment. Using the obser －vational data of acid rain of Houma and Taiyuan station from 1994to 2012and the data of Wutai Mountain, Datong and Changzhi station from 2006to 2012, the temporal and spatial distribution characteristics of acid rain in Shanxi province are investigated with methods of climate tendency rate and correlation coefficient. The results indicate that:the annual mean pH value of acid rain in Houma and Taiyuan from 1994to 2012is in the range of 5.01~6.40,which shows obvious downward trend and the rate of descent is -0.310/10a. The most obvious descent occurs in the autumn of Houma and the rate of descent is -0.953/10a. From the 10years scale, the pH value dropped by 0.39in 1990s and the first 10years of 21century, and the acidity of acid rain in Shanxi Province is on rising trend. Different levels of precipitation have different acid rain frequency ，When the rainfall is between 5to10mm, the occurrence frequency of acid rain reaches to the maximum. While when the rain －fall is more than 15mm, the occurrence frequency is reduced significantly. The occurrence frequency of acid rain shows obvi －ous seasonal characteristic. In the summer, the frequency reaches to the biggest and the precipitation acidity reaches to the strongest. The spatial distribution shows that the acid rain pollution in south and northwest of Shanxi Province is more serious than other regions. The max frequency occurs in Houma station and the value is 29.94%, and The min frequency occurs in Datong station and the value is 0.63%.
Key words ：Shanxi; pH; K value; frequency of acid rain
是因人类活动（或火山爆发等自然灾害）导酸雨，
收稿日期：2013-08-20；修回2013-12-26
致区域降水酸化的一种污染现象，对公众健康、工农
）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ《环境科学与技术》编辑部：（网址
作者简介：李亚军(1970-)，女，高级工程师，学士，主要从事地面、酸雨、高空等质量控制和分析研究（, 电子信箱）[email protected]。
６８
业生产、生态环境以及全球变化都有重要的影响[1]。世
）已建立了全球大气监测网界气象组织（WMO
（GAW ），来协调由WMO 成员国实施的大气污染测量[2-4]。中国气象局的酸雨观测业务逐步走向规范化，
已观测质量日益提高，所积累的长期酸雨监测资料，
经应用于我国的环境监测、治理的科学决策和相关科学研究。洪也等[5]对2004-2008年辽宁酸雨时空分布特征研究表明酸雨强度逐年增强的趋势，以夏季酸度为最强。徐梅等[6]对天津市酸雨变化规律及成因进行了初步研究，发现天津市酸雨呈逐年减少趋势。王研等[7]对抚顺市区酸雨分布特征研究发现酸雨主要出现在10月和12月, 降水污染主要受局地影响。王文兴等[8]对辽宁凤凰山酸雨来源研究表明该地区降水集中在夏季，而丹东地区夏季又盛行东南风，受到朝鲜半岛和日本的影响出现了较强的酸雨。张新民等[9-11]对中国酸雨研究现状发现北方酸雨区继续扩展，强酸雨区范围为1994年以来最大，但酸度有所减弱。
山西属温带大陆性季风气候，冬季长而寒冷干燥；夏季短而炎热多雨；春季日温差大，风沙多；秋季短暂，气候温和。年平均气温3~14℃，西部黄河谷地、太原盆地和晋东南的大部分地区，平均温度在8~10℃之间；临汾、运城盆地年均温度达12~14℃。山西省主要粮食作物有小麦、高粱、玉米、豆类和薯类；经济作物有棉花、烟叶、甜菜、胡麻、油菜籽等。大同、太原、忻州、临汾和运城等盆地是山西省的主要农作区。酸雨对生态系统、建筑物和人体健康都造成了严重危害[12]，
太原、长治、大同、五台山5站本文利用山西省候马、
酸雨观测资料，初步研究山西省酸雨的时空分布变化，以期为今后治理大气污染和防治酸雨提供重要科学依据。
1数据来源及数据处理
数据资料
本文使用1994-2012年山西省南部侯马国家基准气候站（111°22′E ，35°39′N ）、中部太原国家基准气候站（112°35′E ，37°37′N ）、2006-2012年北部五台山国家基本气象站（113°31′E ，38°57′N ）和大同国家基准气候站（113°25′E ，40°05′N ）、南部长治国家基本气象站（113°04′E ，36°03′N ）酸雨观测资料(图1) ，经过严格的质量控制得到原始数据，按12-2月为冬季，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季生成逐季序列以及年序列。1992年开始降水采样、H 值和电导率的测量均按照中国气象局《酸雨观测方法（试行二版）》的统一业务规范要求，按降水事件进行采样。自2001年起，在原有的基础上根据国家标准（GB/T19117-1.1
第37
卷
2003）《酸雨观测规范》的有关规定，所有站点必须符合酸雨探测环境和《酸雨观测规范》的要求。2006年初开始改为日采样，在气象观测站，降水采样设备一般宜安装在观测场的东南方，每日08:00时为酸雨观测降水采样的日界，当日08时至次日08:00时为一个降水采样日。每日采样并在每天规定时间检查采样器是最科学有用的方式，因为样品可快速保存，从而防止不稳定物种产生明显的生物降解[2]。在一个降水采样日内，无论降水是否有间隔及间隔长短，降水量达到1.0mm 时，必须采集一个日降水样品。降水样品采集后，应立即开始测量前的准备工作，并于4h 内完成降水样品的测量。
线性趋势拟合
倾向率是采用线形方程y =a +bt ，y 为年平均pH 值，t 为时间；a 为线性趋势项，回归系数b 表示气候变
b ×10表示平均pH 值每10年的量X 的趋势倾向[16]，
气候倾向率, 对趋势系数进行显著性检验。2结果分析
山西省降水酸度变化
评价一个地区酸雨程度的方法通常采用降水酸度法。降水酸度是以降水pH 值的年平均表示[5]。利用山西省1994-2012年南部侯马和中部太原酸雨观测站资料分析降水的年平均pH 值变化趋势（图2(a)），降水19a 平均pH 值范围在5.01~6.40，历年平均pH 值5.72，19a 平均pH 值最小出现在2007年，19a 平均pH 值最大出现在1997年。从10a 尺度来看，21世纪前10a 与20世纪90年代下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。山西省是我国的能源大省，煤炭作为工业原料、动力和民用能源的主体，其消耗量居全国首位，在全省污染源排放中，煤烟型污染的排放量占到90%以上[13], 所以山西省酸雨污染严重。
1994-2012年山西省降水年平均pH 值具有明显的下降趋势，降幅为-0.062～-0.562/10a(均通过0.10以上的显著性检验), 平均降幅-0.310/10a ，
尤以南部2.1
1.2
第6N 期李亚军，等
山西省酸雨变化趋势特征分析
６９
侯马降低最为明显为-0.562/10a，侯马地区降水年平
均pH 值有9年低于5.60，2007年平均pH 值甚至低于4.5。从图2(a)显示的降水酸度趋势看，侯马除2004-2006年间的变化趋势有所减缓外，2007-2012年间降水酸度一直保持较快的增强趋势，侯马2007-2012年平均pH 值为4.86，比本站1994-2006年平均pH 值偏低1.26。侯马市位于山西南部，靠近陕西、河南，由于侯马市位于晋南地区的临汾和运城地区的煤炭消耗量位于山西省的前三位之列，其二氧化硫、工
所业扬尘、PM 10的排放量则居省内各地区的前两位，
以侯马地区酸雨具有硫酸型特征，也是我国北方地区酸雨污染最严重的地区[13-14]。
（又称K 值）可反映出大气降水的洁净电导率值
程度，降水的电导率越小，说明水中的杂质越少，降水较洁净。从图2(b)中可以看到，1994-2012年山西省年平均电导率值在93.0μS/cm~279.1μS/cm之间，自2001年以来有明显的下降趋势，近12年平均电导率值比前7年平均电导率降低了80.45μS/cm。进入21世纪后，由于经济起步的时间差异，各省的排放量和增长幅度不一致，随着国家新一轮的减排措施的到位，2005年开始，河南、山西、陕西先后出现二氧化硫排放量下降或趋于稳定的现象[13]。
图3为2006-2012年山西省5站酸雨频率和强酸雨频率随降水量的变化情况, 在不同降水强度时弱酸雨和强酸雨发生频率变化一致，在降水量达到1mm 以上, 随着降水量的增加酸雨频率逐步上升，在降水量5~10mm 时，强酸雨和弱酸雨发生频率都最大，超过26%, 降水量继续增大, 酸雨发生的频率反而逐步减小, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小，由于降水增大，大气降水则成为稀释过程, 这与三江平原佳木斯酸雨及其成因初探结果相一致[16]。
2.2
利用2006-2012年山西省月平均pH 值与电导率进行相关分析，呈明显正相关，相关系数为0.637（通过了显著水平为0.05的t 检验）。K 值在一定程度上反应了大气气溶胶的浓度，这说明大气气溶胶的碱性物质可以缓冲大气中的酸性成分, 这与周贺玲研究的石家庄市酸雨污染现状相一致[15]。
山西省酸雨空间分布特征
山西省酸雨监测站增加到5个，自2006年以来，
表1为2006-2012年山西省5个酸雨观测站pH 值分布结果：2006年除太原外, 其余南部侯马和长治、北部五台山和大同4站都为酸雨站；2007和2008年除大同外其他4站都为酸雨站，且酸性降低明显，其中2007年南部侯马年平均pH 值小于4.5，为强酸雨站；2009年酸雨站减少到3个，为侯马、长治和五台山；2010-2012年侯马、长治、五台山和大同4站都为酸雨站但年平均pH 值明显上升，大气降水的酸性有所下降。自2006年以来，南部侯马和长治、北部五台山一直都是酸雨站。
图4为2006-2012年山西省5个酸雨观测站7a 年平均pH 值变化为4.89~6.01，最低值出现在南部侯马为4.89，最高值出现在中部太原为6.01，山西省酸雨年平均pH 值为5.30，酸雨年平均pH 值为5.12。酸雨年平均pH 值小于5.6的有南部侯马和长治、北部五台山和大同4个城市，说明山西省南部和东北部酸雨比中部污染严重。
图5为2006-2012年山西测站pH 年平均值分布图。从图5可以看出，酸雨主要发生在西南部侯马最强，pH 值＜5.00, 西南部和西北部次之，pH 值最高为中部太原为6.01, 其次是北部大同，除中部外山西省大部分地区pH 值都小于5.60。
表2中给出了2006-2012年山西省酸雨发生频率变化，强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率0.63%~
７０
表12006－2012年山西酸雨观测站降水年平均pH
值
测站侯马长治五台山大同太原年平均值
2006年5.095.045.145.256.365.37
2007年4.265.114.975.635.065.00
2008年4.644.684.945.705.285.04
2009年4.814.954.685.696.245.27
2010年5.534.764.705.576.025.31
2011年4.914.925.275.566.625.45
2012年5.005.515.505.566.515.61
第37
卷
7a 平均4.895.005.035.576.015.30
表22006-2012年山西省各站酸雨频率统计
有测量记录
/次
侯马长治五台山大同太原平均
[***********]
强酸雨频率
/%29.9421.0923.710.638.5816.79
弱酸雨频率
/%28.5328.6441.5941.1412.7230.52
非酸雨频率
/%41.5350.2634.7058.2368.7050.68
南部侯马出现的频率最大为29.94%，北部大29.94%，
同最小0.63%, 可见南部候马污染最为严重。排放源研究报告指出[13]，山西省能源结构和主导工业的单一性质导致了该省的各类污染物排放构成上具有协同性和共生性。在晋南地区，临汾和运城两市的焦煤、煤化工和化工原料生产的工业排放是影响侯马地区的重要本地污染源。候马因来源于本地区内焦煤、煤化工
造粉尘、氮氧化物、氨等的同源排放影响，行业的SO 2、
NO 3-、Ca 2+、NH 4+等4种主要成侯马地区降水中SO 42-、
离子之间的高度相关性以及降水中较高NH 4+离子含
）的重要特点[17-19]。由此量（基本与Ca 2+离子含量持平
可以认为，地区内的污染排放是影响当地降水酸性和离子成分组成的最主要因素。2.3山西省酸雨季节分布特征
由表3可知，2006-2012年山西省5站各季平均pH 值统计，山西省各酸雨观测站的各季节变化特征以夏季和秋季平均pH 值最小，季平均pH 值为5.10，
污染最为严重，其次冬季为5.45，春季最高为5.52，四
季标准偏差分别为0.37、0.45、0.59、0.63，各个季节数据值偏离算术平均值的程度春季最小。春季、夏季、秋季平均pH 值气候倾向率都呈明显的下降趋势，在秋季下降最为明显，为-0.953/10a ，夏季次之，为-0.814/10a ，冬季相反有升高趋势, 为0.289/10a 。山西省酸雨发生频率弱酸性降水（4.50≤pH ＜5.60）出现的频率以夏季最高为41.48%，占酸雨观测总数30.74%，其次为秋季为28.36%，占酸雨观测总数34.46%，最低为冬季7.05%，占酸雨观测总数33.86%。强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率也与之类似，夏季最高为42.99%，占酸雨观测总数17.13%。其次为秋季, 冬季最低为3.96%，占酸雨观测总数10.24%。可见山西省酸雨发生的频率有明显的季节性，在夏季发生的频率最大，降水酸性也最强，秋季次之，冬季最弱。
表32006-2012年山西省各季平均pH 值统计
春季
季平均pH 值标准偏差气候倾向率/10a 弱酸性降水出现的频率/%强酸性降水出现的频率/%弱酸性降水占酸雨总数/%强酸性降水占酸雨总数/%
5.520.37-0.406**23.1113.7225.548.15
夏季5.100.45-0.814***41.4842.9930.7417.13
秋季5.100.59-0.953***28.3639.3334.4625.70
冬季5.450.630.289*7.053.9633.8610.24
0.05、0.01显著性检验。注：*、**、***分别表示通过0.10、
山西省酸雨月平均变化特征
由表4可知,2006-2012年山西省5站月平均pH 值范围在4.67~5.87，2、3、5、6、7、8、9、10月平均pH 值均低于5.60，说明这8个月降水的pH 值总体偏低，9月平均pH 值达到最小值为4.67，说明山西省9
月污
2.4
第6N 期李亚军，等山西省酸雨变化趋势特征分析
７１
（1、4、11、12月）平均pH 染最为严重。而其余几个月
值均高于5.60，月平均pH 最大值出现在4月为5.87。标准偏差在0.26~1.16之间，3-4月标准偏差最小。酸雨发生的频率在0.88%~19.01%，发生酸雨最大频率出
地区月平均pH 值标准偏差酸雨发生频率/%占酸雨总数/%
15.690.530.8832.00
25.420.653.9850.70
35.250.266.0855.00
45.870.263.4326.27
55.390.717.8537.97
现8月, 占酸雨观测总数55.31%，7、8、9三个月的酸沉
降量为最大，分别占全年的13.37%、19.01%、17.90%，3个月累计酸沉降量约占全年的5成，这样导致山西省夏季降水出现酸雨频率最高。
65.200.4910.8344.95
75.250.6613.3741.02
84.890.5019.0155.31
94.670.5117.9063.53
105.240.8510.3961.44
115.651.165.0848.94
125.741.111.2237.93
表42006-2012年月平均平均pH 值统计分析
3结论
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山西省1994-2012年侯马和太原酸雨观测站（1）
资料分析降水的19a 年平均pH 值范围在5.01~6.40，降水的年平均pH 值气候倾向率呈明显的下降趋势，为-0.310/10a ，尤以南部侯马降低最为明显。2-3、5-10月平均pH 值均低于5.60，9月平均pH 值达到最小值为4.67，夏季和秋季平均pH 值最小，为5.10，污染最为严重。春季、夏季、秋季平均pH 值气候倾向率都呈明显的下降趋势，在秋季下降最为明显，为-0.953/10a ，从10年尺度来看，21世纪前10年与20世纪90年代下降了0.39，山西省酸雨酸性呈上升趋势。山西省月平均pH 值与电导率呈明显正相关，相关系数为0.637。不同等级降水酸雨发生频率差别大，随着降水量的增加酸雨频率逐步上升，在降水量5~10mm 时酸雨发生频率最大, 当降水量超过15mm 以后酸雨发生的频率就大大减小。
（2）山西省酸雨发生频率7、8、9三个月的酸沉降量为最大，3个月累计酸沉降量约占全年的5成，这样山西省夏季降水出现酸雨频率就最高。弱酸性降水（4.50≤pH ＜5.60）出现的频率12.72%~41.59%，北部五台山和大同出现频率最大为41.59%~41.14%，中部太原最小为12.72%。强酸性（pH ＜4.50）降水出现的频率0.63%~29.94%，南部侯马出现的频率最大为29.94%，北部大同最小0.63%, 可见南部侯马污染最为严重。
（3）自2006年以来，西南部侯马和西南部长治、西北部五台山一直都是酸雨站。山西省南部和西北部酸雨比其他地区污染严重。
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