中國酸雨的分布、化學(xué)特征及成因分析

中國酸雨的分布、化學(xué)特征及成因分析

0世界三大酸雨區(qū)的劃分結(jié)果酸雨是地球化學(xué)氣候中人類影響的重要特征之一。它也是國家和地區(qū)大氣污染的重要標(biāo)志之一。酸雨是指酸性的大氣降水，包括酸性雨、雪、霧、露等沉降，通常是指pH值低于5.6的降水。1972年聯(lián)合國在斯德哥爾摩召開的人類環(huán)境會議上,瑞典人第一次把酸雨作為國際性問題提出。由于其對生態(tài)系統(tǒng)的嚴重危害,酸雨現(xiàn)已成為嚴重威脅世界環(huán)境的十大問題之一,并由原先只發(fā)生在歐洲和北美的工業(yè)發(fā)達國家,迅速擴大到發(fā)展中國家。中國已成為繼北美、歐洲之后的世界第三大酸雨區(qū)，且中國的酸雨面積仍呈加速發(fā)展的趨勢。針對酸雨的發(fā)生與危害狀況，中國已有許多環(huán)境科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的工作者從事了酸雨的形成、危害、治理等系統(tǒng)研究,并取得了顯著的成績,本文對中國近年來有關(guān)酸雨的研究進展作了簡單的概述，并在此基礎(chǔ)上提出了自己的一點防治意見。1中國目前的祈雨狀況1.1降水污染空間分布格局中國酸雨的研究工作始于20世紀(jì)70年代末期，1979年在北京、上海、南京、重慶和貴陽等城市開展了局部研究，發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)不同程度上存在著酸雨污染，以西南地區(qū)最為嚴重。1982～1984年在國家環(huán)保局領(lǐng)導(dǎo)下開展了酸雨調(diào)查，為了弄清中國降水酸度及其化學(xué)組成的失控分布情況，1985～1986年在全國范圍內(nèi)布設(shè)了189個監(jiān)測站，523個降水采集點，對降水?dāng)?shù)據(jù)進行了全面、系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明，降水年平均pH小于5.6的地區(qū)主要分布在秦嶺淮河以南，而秦嶺淮河以北僅有個別地區(qū)。降水年平均pH值小于5.6的地區(qū)主要在西南、華南以及東南沿海一帶。90年代以來，酸雨出現(xiàn)的區(qū)域較80年代發(fā)生了比較明顯的變化，酸雨區(qū)面積擴大了100×104km2多。但年平均pH值小于5.6的地區(qū)還主要分布在秦嶺淮河以南、青藏高原以東的廣大地區(qū)及四川盆地；華中、華南、西南及華東地區(qū)存在酸雨污染嚴重的中心區(qū)域；北方地區(qū)只有局部地區(qū)出現(xiàn)過酸雨。80年代以來重慶、貴陽為代表的西南地區(qū)是中國酸雨污染最嚴重的地區(qū)；90年代以來，以長沙、株洲、贛州、南昌等城市為中心的華中酸雨區(qū)污染水平超過西南酸雨區(qū)，成為全國酸雨污染最嚴重的地區(qū)，中心區(qū)年平均降水pH值低于4.0，酸雨頻率最高達90%以上，已經(jīng)達到逢雨必酸的程度；西南酸雨區(qū)雖然有所緩和，但仍維持較嚴重的水平；華南酸雨區(qū)主要分布在珠江三角洲及廣西東部地區(qū)，總體格局變化不大；華東酸雨區(qū)，包括長江中下游地區(qū)及南至廈門的沿海地區(qū)，小尺度上的污染格局有所波動，但總體來說，較華中、西南酸雨區(qū)弱；而北方地區(qū)年均pH值低于5.6的城市主要分布在青島、圖們中心的區(qū)域。1.2國內(nèi)城市酸雨區(qū)降水特征分析表1，表2，表3列出了國內(nèi)外部分地區(qū)降水的主要化學(xué)組成。由表可以看出對降水酸度影響最大的陽離子是NH4+和Ca2+，陰離子是SO42-和NO3-。中國降水中的SO42-的濃度較國外明顯偏高，酸性降水主要以硫酸鹽占優(yōu)勢，酸雨區(qū)為典型的硫酸型的酸性降水。同時中國與國外相比降水中含有較高濃度的NH4+和Ca2+，前者主要是由于中國農(nóng)田中N肥的大量施用和農(nóng)田中NH3揮發(fā)損失，后者主要是由中國的氣候和土壤結(jié)構(gòu)等自然條件的特殊性所決定的。對比國內(nèi)情況，由表1、2可見，中國非酸雨區(qū)北方城市中硫酸根和硝酸根的平均濃度之和是對應(yīng)的南方酸雨區(qū)的1.7倍。陽離子濃度中，銨離子濃度南北差別不是很大，北方略高于南方；土壤元素鈣的濃度，相差懸殊，北方是南方的4.3倍。北方地區(qū)酸根離子濃度高過南方，但酸性降水卻明顯的低于南方；針對這一現(xiàn)象，有關(guān)的專家學(xué)者做過大量研究，一致認為南北方自然條件的差異是其最為關(guān)鍵的因素。下面就從自然條件入手，對上面的問題展開論述。2從中國酸雨條件中得出的自然條件分析2.1土壤堿金屬元素含量特征土壤中堿金屬離子含量及pH值是影響酸雨形成的重要因素之一。中國的土壤,北方偏堿性，pH值為7～8,南方偏酸性，pH值為5～6，土壤中堿金屬Na、Ca等含量是由南至北逐漸遞增,尤其是過淮河、秦嶺后其含量迅速增加。但空氣中的顆粒物有一半左右來自土壤,堿性土壤的氨揮發(fā)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質(zhì)差異所造成的。2.2對土壤含氮的影響氨氣是大氣中唯一的常見氣態(tài)堿，由于它易溶于水，能與酸性氣溶膠或雨水中的酸起中和作用，從而降低了雨水中的酸度。而大氣中的NH3的來源主要是有機物分解和農(nóng)田使用的含氮肥料的揮發(fā)，土壤的NH3的揮發(fā)量隨著pH的上升而增大。中國北方的土壤pH值為7～8以上，南方一般為5～6，這是大氣中NH3含量南低北高的重要原因之一，也是中國酸雨主要分布在南方的一個重要原因。2.3局部地區(qū)對酸性降水中和物質(zhì)條件的影響中國南方地區(qū)由于濕潤多雨、植被良好、大氣顆粒物濃度低(大氣TSP平均含量為218μg/m3)。而北方地區(qū)干燥少雨、土壤裸露、大氣顆粒物濃度大(大氣TSP平均含量為426μg/m3),且其顆粒物中約有40%～65%來自土壤,大氣顆粒物中含有的主要堿性陽離子是Ca2+、Mg2+和NH4+。由于北方土壤的堿性物質(zhì)含量高,北方大氣顆粒物中的堿性物質(zhì)濃度也高于酸性物質(zhì),在降雨中這些大氣顆粒物對酸性降水具有較大的中和緩沖能力;相反,南方大氣顆粒物中堿性物質(zhì)濃度低,其緩沖能力低于北方(如北京春季大氣顆粒物中和能力是南方柳州顆粒物的三倍),于是,雨水被酸化的作用與受堿性物質(zhì)中和作用的競爭結(jié)果是北方地區(qū)(除青島市外)未發(fā)生酸雨,而南方地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域酸雨。從南北方降水化學(xué)組成的分析也證明了這種作用機制,降水中的硫酸根和硝酸根平均濃度之和在北方非酸雨區(qū)為241.5μg/L,南方酸雨區(qū)則為145μg/L,北方是南方的1.7倍。而鈣鎂離子濃度北方降水中為458.9μg/L,南方則為106.3μg/L,北方是南方的4.3倍。這表明北方降水中的硫酸、硝酸被大量的堿性物質(zhì)中和,所以其降水的pH值較高,未形成酸雨。研究結(jié)果同時表明，中國降水pH值與(Ca2++NH4+)/(SO42-+NO3-的比值有著高度的正相關(guān)性。2.4．風(fēng)污水環(huán)境降水pH值的分布與全國地面風(fēng)場分布特征有相似之處。從宏觀上來看，東北平原、內(nèi)蒙古北部至新疆東端為全國風(fēng)力最強區(qū)，其次是華北平原及沿海地區(qū)，風(fēng)力也較強，這些地區(qū)對污染物的輸送、稀釋能力強。北至秦嶺，包括漢中盆地、四川盆地，向東至長江三峽的宜昌、云貴高原和廣西的局部地區(qū)為全國風(fēng)力最弱區(qū)，尤其是四川盆地，地形閉塞，冬季北來的冷空氣難以侵入，夏季又無臺風(fēng)影響，風(fēng)速小，靜風(fēng)頻率高，污染系數(shù)大，四川盆地的重慶、成都都是中國酸雨影響嚴重的地區(qū)。湖南、兩廣、江西某些地區(qū)pH值很低，這與中國各地污染系數(shù)值相吻合。3控制酸雨和二氧化硫污染中國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型時期，經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低，且地區(qū)發(fā)展不平衡。因此，中國的酸雨控制目標(biāo)應(yīng)充分考慮國情，體現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、地區(qū)差別和市場經(jīng)濟特征，對酸雨和SO2污染實行分階段控制。據(jù)《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護若干問題的決定》和《國家環(huán)境保護“九五”計劃和2010年遠景目標(biāo)》，到2000年，使酸雨污染控制在“八五”末的水平，酸雨控制區(qū)內(nèi)降水酸度小于5.6的區(qū)域不再擴大，使酸雨蔓延的趨勢得到遏制。到2005年，使酸雨污染有所減輕，酸雨控制區(qū)內(nèi)降水酸度小于4.5的重酸雨區(qū)面積與“八五”末水平相比縮小5%～10%，全國硫沉降量有所減少。到2010年，使酸雨污染明顯減輕，酸雨控制區(qū)內(nèi)降水酸度小于4.5重酸雨區(qū)面積與“八五”末水平相比縮小10%～20%，全國硫沉降量與“八五”末相比明顯減少。為實現(xiàn)這一控制目標(biāo)，應(yīng)著重采取以下措施。(1）確定合理的酸沉降控制區(qū)與二氧化硫排放控制區(qū)，把酸雨和二氧化硫污染綜和防治工作納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃，對主要致酸物質(zhì)排放實行分省和分行業(yè)總量控制。(2）建立控制酸雨的監(jiān)督管理體系,逐步完善國家酸雨監(jiān)測網(wǎng)。國務(wù)院已發(fā)布的國函24號文件已要求在兩控區(qū)征收二氧化硫排污費。各地要認真執(zhí)行國務(wù)院的文件,抓緊抓好二氧化硫排污收費的征收、管理和使用工作,使用于重點排污單位治理二氧化硫的資金比例不少于