胡亞男，裴 浩，姜艷豐，苗百嶺，賈成朕

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)荒漠生態(tài)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特010051；5.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

雨、雪等在降落過(guò)程中吸收并溶解空氣中人為或自然排放的酸性、堿性物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域降水酸化或堿化，對(duì)公眾健康、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境均有重要影響［1-2］。酸雨污染相對(duì)堿雨影響范圍更廣、程度更甚，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，酸雨就是環(huán)境保護(hù)等科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題，隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加，酸雨從“硫酸型”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲蛩嵯跛峄旌闲汀保?-4］。

我國(guó)酸雨區(qū)主要分布在長(zhǎng)江以南-云貴高原以東地區(qū)［5］，因此，關(guān)于南方地區(qū)酸雨時(shí)空分布特征及成因分析的研究較多，對(duì)于北方地區(qū)降水酸堿度的研究較少。徐菲菲等［6］研究表明，合肥市冬季酸雨污染最重，夏季最輕；而張良玉等［7］發(fā)現(xiàn)，京津冀地區(qū)冬春季降水pH 大于夏秋季，說(shuō)明酸雨具有明顯的季節(jié)特征和地域差異。酸雨成因的研究大多關(guān)注致酸前體物、氣象條件和區(qū)域輸送等因素，牛彧文等［8］和程龍等［9］研究表明，SO2排放減少是近年來(lái)酸雨污染出現(xiàn)好轉(zhuǎn)的重要原因，但NOx對(duì)酸雨的貢獻(xiàn)有增加趨勢(shì)，機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)酸雨污染的貢獻(xiàn)不容忽視；鄭秋萍等［10］除了大氣污染物，還分析了降雨強(qiáng)度、主導(dǎo)風(fēng)向和天氣形勢(shì)等氣象條件對(duì)酸雨的影響；郭雅思等［11］和陳虹穎等［12］利用Hysplit后向軌跡分季節(jié)或分類模擬，對(duì)酸雨水汽來(lái)源進(jìn)行追蹤、聚類，分析了區(qū)域輸送的影響。

堿雨多發(fā)生在我國(guó)北方地區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境也有不利影響［13］。張寶貴等［14］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降水pH＞8.5 時(shí)，土壤離散度高，濕時(shí)膨脹、干時(shí)板結(jié)，通透性很差，會(huì)增加植物患病率、枯萎率和爛根率；內(nèi)蒙古土壤普查結(jié)果［15］也表明，pH＞8.5 的堿性、強(qiáng)堿性耕地已經(jīng)嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收。目前，關(guān)于堿雨成因分析的研究較少，高登好等［16］環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，水泥廠、電廠等降塵污染嚴(yán)重的區(qū)域，降水pH 顯堿性，清潔區(qū)降水顯弱酸性；劉安娜［17］研究表明，地表物質(zhì)揚(yáng)起而形成的懸浮物對(duì)大氣降水的pH值偏向于弱堿性起到了主要的作用；Zhang等［18］發(fā)現(xiàn)，來(lái)自土壤的高濃度NH+4和Ca2+可以使酸雨減少，NH+4和Ca2+的中和能力由我國(guó)南部向北部遞增［19］；另外，氨肥和鈣鎂磷肥等使用也會(huì)使土壤堿化程度加?。?4］，進(jìn)一步作用于降水。

內(nèi)蒙古煤炭資源儲(chǔ)量居全國(guó)第一，鋼鐵、火電等行業(yè)對(duì)煤炭消耗量大，工藝過(guò)程中產(chǎn)生SO2以及機(jī)動(dòng)車尾氣產(chǎn)生的NOx等酸性氣體會(huì)增加降水酸性［20］，但由于內(nèi)蒙古大部分地區(qū)土壤酸堿度呈堿性［15］，且氣候干旱、風(fēng)力偏大，降水中的酸會(huì)被空氣中大量堿性物質(zhì)中和，使得降水的酸性大幅下降，甚至表現(xiàn)為堿性。本文通過(guò)分析1991—2021 年全區(qū)8 個(gè)酸雨站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究20世紀(jì)90年代以來(lái)，內(nèi)蒙古降水酸堿度的年、月變化特征和空間分布特征，分析討論土壤酸堿度、氣象條件和人為排放等因素對(duì)降水酸堿度、電導(dǎo)率的影響，為防治酸雨、堿雨污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古共8個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站設(shè)有酸雨觀測(cè)項(xiàng)目，站點(diǎn)分布如圖1所示，自西向東依次為阿拉善左旗（阿拉善盟）、烏拉特中旗（巴彥淖爾市）、呼和浩特（呼和浩特市）、朱日和（錫林郭勒盟）、錫林浩特（錫林郭勒盟）、通遼（通遼市）、烏蘭浩特（興安盟）和滿洲里（呼倫貝爾市），其中西部地區(qū)2個(gè)酸雨站，中部和東部地區(qū)均為3個(gè)，站點(diǎn)分布較均勻，具有一定代表性。

圖1 內(nèi)蒙古酸雨觀測(cè)站點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of acid rain observation stations in Inner Mongolia

內(nèi)蒙古地處中緯度內(nèi)陸，大部分地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候［21］，僅大興安嶺北段屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，春季風(fēng)大少雨，夏季溫?zé)岫檀?，秋季氣溫劇降。氣象?zāi)害中屬干旱最為嚴(yán)重，其次為寒潮，雨雪常伴隨大風(fēng)、降溫、沙塵等天氣出現(xiàn)。由于內(nèi)蒙古大部分地區(qū)氣候干旱，淋溶作用不能將鹽基成分從土壤中大量淋洗掉，部分土壤鹽基成分聚集［22］，甚至富集可溶鹽，使得土壤呈中性、堿性或強(qiáng)堿性。內(nèi)蒙古土壤表土pH 面積普查結(jié)果顯示［15］，堿性土壤占總面積的78.1%，酸性和中性土壤分別占比13.7%和8.2%，土壤pH值由東向西逐漸遞增，范圍在5.86～9.03。從土壤區(qū)劃［23］來(lái)看（表1），除了內(nèi)蒙古東部偏東地區(qū)屬于濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)土壤區(qū)，其余地區(qū)均屬于干旱、半干旱土壤區(qū)。

表1 內(nèi)蒙古土壤區(qū)劃Tab.1 Soil regionalization in Inner Mongolia

1.2 數(shù)據(jù)資料

1.2.1 酸雨數(shù)據(jù)及訂正校驗(yàn) 《酸雨觀測(cè)規(guī)范》（GB/T 19117—2017）［24］規(guī)定，當(dāng)降水量≥1.0 mm時(shí)，觀測(cè)降水pH值、電導(dǎo)率、降水量和風(fēng)向、風(fēng)速等要素，觀測(cè)時(shí)制為當(dāng)日北京時(shí)08：00 至次日08：00。大氣降水pH 值定義為大氣降水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，用來(lái)表征大氣降水酸堿度，無(wú)量綱。大氣降水電導(dǎo)率（簡(jiǎn)稱K值）是大氣降水導(dǎo)電能力的度量，單位為μS·cm-1，可以間接反應(yīng)降水的潔凈程度［25-26］，K值越小，說(shuō)明降水的電阻率越高，導(dǎo)電能力越弱，降水越純凈。

參照標(biāo)準(zhǔn)［24］對(duì)酸雨數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正校驗(yàn)，由于內(nèi)蒙古1991—2005 年酸雨資料中的K值未訂正為25 ℃的K值，需要將在溫度t下測(cè)得的K值訂正為25 ℃的K值，公式如下：

式中：Ks為25 ℃的電導(dǎo)率（μS·cm-1）；Kt為溫度t下測(cè)得的電導(dǎo)率（μS·cm-1）；t為樣品的測(cè)量溫度（℃）。此外，還需要通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)篩除異常的pH 值和K值，將實(shí)測(cè)的降水pH 值和K值代入下式計(jì)算ΔK，若ΔK≥0，則通過(guò)校驗(yàn)，否則為不通過(guò)。

式中：ΔK為實(shí)測(cè)降水電導(dǎo)率與氫離子電導(dǎo)率之差（μS·cm-1）；K為降水電導(dǎo)率（μS·cm-1）；pH 為降水pH值；AH+為氫離子摩爾電導(dǎo)率（3.497×105μS·cm2·mol-1）；AOH-為氫氧根離子摩爾電導(dǎo)率（1.986×105μS·cm2·mol-1）。內(nèi)蒙古酸雨數(shù)據(jù)基本信息見(jiàn)表2，除了呼和浩特1995年酸雨觀測(cè)記錄缺失，其余酸雨站觀測(cè)數(shù)據(jù)完整且質(zhì)量較好，各站篩除未通過(guò)校驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本僅0～7個(gè)。

表2 內(nèi)蒙古酸雨數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)間和樣本數(shù)量Tab.2 Observation time and sample quantity of acid rain data in Inner Mongolia

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)和大氣污染物數(shù)據(jù) 2007—2021年氣象要素日值數(shù)據(jù)來(lái)自酸雨站所在國(guó)家氣象觀測(cè)站，包括平均氣溫、相對(duì)濕度、當(dāng)日08：00 至次日08：00降水量、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)、沙塵日數(shù)（包括沙塵暴、揚(yáng)沙和浮塵）。2017—2021年酸雨站所在盟市的大氣污染物（PM10、SO2和NO2）濃度逐小時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)。

1.3 研究方法

采用標(biāo)準(zhǔn)［24］中雨量加權(quán)平均法統(tǒng)計(jì)年、月平均降水pH 值和K值（即pHavg,Kavg），平均降水pH 值通過(guò)對(duì)某一時(shí)段內(nèi)（年、月）所有日降水pH 值和對(duì)應(yīng)日降水量進(jìn)行氫離子濃度-雨量加權(quán)平均計(jì)算，具體公式如下：

《酸雨和酸雨區(qū)等級(jí)》（QX/T372—2017）［27］規(guī)定，酸雨等級(jí)以日降水pH值劃分，pH＜5.6為酸雨，pH＜4.5 為強(qiáng)酸雨；酸雨頻率（F）為某一時(shí)段（年、月）內(nèi)日降水pH＜5.6 的次數(shù)占該時(shí)段內(nèi)所有酸雨觀測(cè)次數(shù)的百分率，酸雨頻率等級(jí)劃分見(jiàn)表3。由于堿雨目前尚未有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其閾值范圍，以酸雨、強(qiáng)酸雨閾值與pH=7.0 的差值為基準(zhǔn)，將pH＞8.4 定義為堿雨，pH＞9.5定義為強(qiáng)堿雨；堿雨頻率為某一時(shí)段（年、月）內(nèi)日降水pH＞8.4 的次數(shù)占該時(shí)段內(nèi)所有酸雨觀測(cè)次數(shù)的百分率，頻率等級(jí)劃分同酸雨頻率等級(jí)。

表3 酸雨頻率等級(jí)劃分Tab.3 Acid rain frequency classification

2 結(jié)果與分析

2.1 降水pH值頻率分布

內(nèi)蒙古8 個(gè)酸雨站自觀測(cè)以來(lái)，降水pH 值在3.7～10.5，最小值出現(xiàn)在2012 年12 月28 日的通遼，最大值出現(xiàn)在2006 年12 月29 日的朱日和。截至2021 年底，全區(qū)酸雨站的酸雨出現(xiàn)次數(shù)共計(jì)71 次，占總觀測(cè)次數(shù)的1.1%，堿雨共231 次，占總觀測(cè)次數(shù)的3.6%，其中，強(qiáng)酸雨9次，強(qiáng)堿雨13次。從降水pH值頻率分布（圖2）來(lái)看，內(nèi)蒙古降水酸堿度較適中，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小，阿拉善左旗、烏拉特中旗、朱日和和錫林浩特pH頻率高值區(qū)間在7.0～8.0，呼和浩特、通遼和烏蘭浩特在6.5～7.5，滿洲里在6.0～7.0，呈由西向東遞減的趨勢(shì)。

圖2 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站降水pH值頻率分布Fig.2 Frequency distribution of precipitation pH value in eight acid rain stations in Inner Mongolia

若以pH=7.0為界劃分酸性降水（pH＜7.0）和堿性降水（pH＞7.0），內(nèi)蒙古堿性降水次數(shù)占總觀測(cè)的63.9%，酸性降水占35.8%，中性降水占0.3%，說(shuō)明內(nèi)蒙古降水受堿性物質(zhì)的影響更大。除了東北部地區(qū)的滿洲里酸性降水占比遠(yuǎn)高于堿性降水，為84.9%，其余站點(diǎn)均表現(xiàn)為堿性降水占比更高，中部地區(qū)的錫林浩特和朱日和堿性降水占比高達(dá)87.2%和83.6%，西部地區(qū)的阿拉善左旗和烏拉特中旗為74.9%和72.9%，其次，中部地區(qū)的呼和浩特為59.3%，東部地區(qū)的烏蘭浩特和通遼分別為51.6%和58.4%，說(shuō)明中西部地區(qū)堿性物質(zhì)的中和作用比東部地區(qū)更強(qiáng)。

Zeng 等［28］通過(guò)對(duì)降水中離子成分的來(lái)源解析發(fā)現(xiàn)，NH+4來(lái)自農(nóng)業(yè)活動(dòng)和自然過(guò)程，Ca2+、K+和Mg2+來(lái)自地殼輸入，說(shuō)明降水中堿性離子成分主要來(lái)自于地表，而內(nèi)蒙古大部分地區(qū)土壤酸堿度呈堿性，加之氣候干旱，風(fēng)速偏大，地表?yè)P(yáng)起的堿性物質(zhì)混入降水，使得堿性降水占比較高。從近15 a氣象要素和大氣污染物濃度的統(tǒng)計(jì)值來(lái)看（表4），滿洲里雖然平均風(fēng)速較大、大風(fēng)日數(shù)較多，但由于低溫、高濕的氣候特點(diǎn)，沙塵日數(shù)較少，降水受堿性物質(zhì)影響較?。恢胁康貐^(qū)的呼和浩特、朱日和和錫林浩特雖然大風(fēng)、沙塵日數(shù)較多，但由于呼和浩特降水量較大，對(duì)堿性物質(zhì)的沖刷稀釋作用更強(qiáng)，堿性降水占比較中西部地區(qū)其他站偏低，此外也與人為排放的酸性物質(zhì)有關(guān)，尤其NO2濃度較高。

表4 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站氣象要素和污染物濃度統(tǒng)計(jì)值Tab.4 Statistical values of meteorological elements and pollutant concentrations of eight acid rain stations in Inner Mongolia

2.2 空間分布特征

使用近15 a（2007—2021年）內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站年平均降水pH 值、年平均K值和年酸雨、堿雨頻率的多年均值來(lái)分析空間分布特征如圖3 所示，橫坐標(biāo)站點(diǎn)從左到右依次表示地理位置從西到東。內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站降水pH值為6.2～7.2，均屬于非酸雨區(qū)，中部地區(qū)的錫林浩特和朱日和降水pH值較大，分別為7.2和7.1，東部地區(qū)的滿洲里和通遼降水pH值較小，分別為6.2 和6.4?？傮w來(lái)看，內(nèi)蒙古降水pH 值空間分布表現(xiàn)為：中部＞西部＞東部的特征，這是因?yàn)橹形鞑康貐^(qū)相對(duì)東部地區(qū)氣候干旱、沙塵天氣較多，而中部地區(qū)比西部地區(qū)的平均風(fēng)速更大、大風(fēng)日數(shù)更多，同時(shí)也使得降水中混合顆粒物等雜質(zhì)較多，大氣降水電導(dǎo)率偏高。內(nèi)蒙古8 個(gè)酸雨站年平均K值為42.3～83.7 μS·cm-1，東北部地區(qū)的滿洲里和烏蘭浩特K值明顯低于其他站，降水中雜質(zhì)較少，烏拉特中旗相對(duì)中西部地區(qū)其他站降水更潔凈。從酸雨頻率來(lái)看，各站平均年酸雨頻率均小于3.0%，屬于“酸雨偶發(fā)”等級(jí)，其中通遼酸雨頻率最高，為2.7%，烏拉特中旗為2.2%，滿洲里和朱日和為1.4%，其余站不足0.5%。從堿雨頻率來(lái)看，朱日和平均年堿雨頻率最高，為17.3%，屬于“堿雨少發(fā)”等級(jí)，其他站均小于5%，屬于“堿雨偶發(fā)”等級(jí)。

圖3 近15 a（2007—2021年）內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站年均降水pH值、年均K值和年酸雨、堿雨頻率Fig.3 Multi-year mean values of pH value,K value and frequency of acid rain and alkali rain in eight acid rain stations in Inner Mongolia from 2007 to 2021

2.3 時(shí)間變化特征

2.3.1 年際變化 如圖4 所示，由于內(nèi)蒙古地域遼闊，各站距離較遠(yuǎn)且氣候環(huán)境背景不同，使得年際變化表現(xiàn)也不同。從線性擬合趨勢(shì)來(lái)看，內(nèi)蒙古西部、中部偏西及東北部地區(qū)降水pH 值總體呈減小趨勢(shì)，中部偏東及東部大部地區(qū)呈增大趨勢(shì)，其中，烏拉特中旗和呼和浩特減小趨勢(shì)明顯，朱日和和通遼增大趨勢(shì)明顯，其余站則表現(xiàn)較為平穩(wěn)。從內(nèi)蒙古站點(diǎn)平均值（圖4i）來(lái)看，2007—2021 年降水pH值為6.4～7.0，總體呈略微增大的趨勢(shì)，在2012 年和2018 年出現(xiàn)谷值，其中，2018 年酸雨頻率最高，為4.2%，2016年堿雨頻率最高，為11.5%。

圖4 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站降水pH值和酸雨、堿雨頻率的年際變化Fig.4 Annual variation of precipitation pH value and frequency of acid rain and alkali rain in eight acid rain stations in Inner Mongolia

阿拉善左旗、呼和浩特和朱日和從20 世紀(jì)90年代開(kāi)始酸雨觀測(cè)，90年代阿拉善左旗和呼和浩特降水pH 值和堿雨頻率均較高，之后堿雨頻率逐漸減少，而朱日和表現(xiàn)與之相反。從單站來(lái)看，阿拉善 左 旗1992—2021 年 降 水pH 值 為6.1～7.8，在2009—2013年較其他年份偏低；酸雨僅出現(xiàn)在1993年、1995 年，堿雨主要出現(xiàn)在2003 年之前，直至2017 年、2021 年再次出現(xiàn)堿雨，頻率分別為6.5%和12.0%。呼和浩特1992—2021 年降水pH 值為6.0～7.6，酸雨僅出現(xiàn)在2008 年、2014 年，堿雨主要出現(xiàn)在1992—1996年，截至2021年，已連續(xù)7 a未檢出酸雨和堿雨。朱日和1991—2021年降水pH值為5.2～8.5，其中1992 年、1996 年較低，分別為5.4 和5.2；酸雨主要出現(xiàn)2016年之前，截至2021年，已連續(xù)6 a未檢出酸雨；堿雨在2005—2008 年和2014—2016 年頻率較高，其中2016 年高達(dá)81.8%，屬于“堿雨高發(fā)”等級(jí)；朱日和酸雨、堿雨頻率較其他站偏多，考慮主要與周圍環(huán)境污染源有關(guān)，朱日和鎮(zhèn)是以金屬冶煉為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的新興工業(yè)重鎮(zhèn)，冶金排放的煙氣為SO2、NOx等酸性氣體和煙粉塵顆粒物，使得降水吸收溶解部分酸性、堿性物質(zhì)；另外，朱日和大風(fēng)、沙塵天氣較多，地表?yè)P(yáng)起的堿性物質(zhì)也會(huì)使降水呈堿性。

其他酸雨站完整觀測(cè)時(shí)間為2007—2021年，其中，烏拉特中旗和通遼降水pH值和酸雨、堿雨頻率年際變化波動(dòng)較大，錫林浩特、烏蘭浩特和滿洲里變化幅度較小。從單站來(lái)看，烏拉特中旗2007—2021年降水pH值為5.5～7.5，有先增后減的趨勢(shì)，在2009—2015 年較其他年份偏高，從2016 年開(kāi)始，降水pH值明顯減小且酸雨頻率增多，2018年、2020年酸雨頻率分別為16.1%和6.9%。通遼2007—2021年降水pH 值為5.6～7.5，3 次谷值分別出現(xiàn)在2008年、2014 年、2018 年；酸雨主要出現(xiàn)在2007—2014年，除2018 年酸雨頻率高達(dá)17.1%，2015—2021 年酸雨頻率均為0%；堿雨主要出現(xiàn)在2009—2012 年和2015—2019年，2012年堿雨頻率最高，為15.6%，其次2010 年、2017 年分別為11.5%和10.7%。錫林浩特2007—2021 年降水pH 值為6.3～7.6，酸雨僅在2012 年出現(xiàn)1 次，堿雨主要出現(xiàn)在2008—2016 年，其中2010 年堿雨頻率最高，為10.6%。烏蘭浩特2007—2021 年降水pH 值為6.1～7.7，在2017 年較其他年份偏高；酸雨主要出現(xiàn)在2010—2014 年，截至2021 年，已連續(xù)7 a 未檢出酸雨；堿雨主要出現(xiàn)在2007—2008 年、2016—2017 年和2021 年，頻率為1.6%～6.3%。滿洲里2007—2021 年降水pH 值為5.9～6.6，相對(duì)其他站降水pH 值偏低且年變化幅度較小；在2021 年酸雨頻率最高，為6.9%；堿雨頻率相對(duì)其他站偏低，僅出現(xiàn)在2011年、2017年。

由于年際變化序列較長(zhǎng)，將內(nèi)蒙古8 個(gè)酸雨站近15 a（2007—2021年）年均降水pH值、年酸雨頻率和堿雨頻率以5 a 為間隔求均值對(duì)比分析如圖5 所示。從降水pH 值來(lái)看，阿拉善左旗和錫林浩特呈上升趨勢(shì)，中西部地區(qū)其他站（烏拉特中旗、呼和浩特和朱日和）呈“先升后降”的趨勢(shì)，東部地區(qū)站點(diǎn)呈“先降后升”的趨勢(shì)；烏拉特中旗、呼和浩特和朱日和近5 a降水pH值均值較前5 a分別下降了0.75、0.16和0.29，其余站上升了0.02～0.51，其中阿拉善盟上升最多。從酸雨頻率來(lái)看，烏拉特中旗、通遼和滿洲里近5 a 酸雨頻率均值較前5 a 分別升高了4.0%、1.2%和1.0%，其余站明顯下降，且近5 a 酸雨頻率為0%。從堿雨頻率來(lái)看，除了阿拉善左旗、烏蘭浩特和滿洲里略微上升，其他站均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，尤其朱日和近5 a 堿雨頻率均值較前5 a 下降20.4%?？傮w來(lái)看，近5 a 內(nèi)蒙古酸雨、堿雨頻率表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，僅烏拉特中旗的酸雨頻率和阿拉善左旗的堿雨頻率上升較明顯。從站點(diǎn)平均來(lái)看，近5 a較前5 a降水pH值均值升高0.02，酸雨頻率均值升高0.34%，堿雨頻率均值下降2.54%。

圖5 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站降水pH值和酸雨、堿雨頻率的逐5 a變化Fig.5 Change of pH value,frequency of acid rain and frequency of alkali rain in eight acid rain stations in Inner Mongolia from five years to five years

2.3.2 月變化 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站的月平均降水pH值、月平均K值和酸雨、堿雨頻率月變化如圖6 所示。各站降水pH 低值多出現(xiàn)在6—9 月，主要為夏季汛期，相應(yīng)的酸雨頻率也較高。結(jié)合酸雨觀測(cè)時(shí)的氣象要素和大氣污染物濃度月變化特征來(lái)看（圖7），該時(shí)期由于地表植被覆蓋較多，風(fēng)速較其他月份偏小，同時(shí)降水量較大、頻次較高，使得地表?yè)P(yáng)起的堿性顆粒物減少，大氣中PM10濃度降低，相應(yīng)地人為排放的酸性物質(zhì)被中和的部分也減少，導(dǎo)致酸雨頻率升高；而且該時(shí)期地面偏南風(fēng)增多，水汽輸送的過(guò)程中攜帶來(lái)自南方的酸性物質(zhì)，也會(huì)使得降水pH值降低。各站降水pH高值多出現(xiàn)在春季4—5 月和冬季1—2 月，其次，秋季10—11 月、春季3 月和冬季12月降水pH值也較高。這是因?yàn)樵摃r(shí)期地表裸露干燥，尤其4—5 月風(fēng)力較大，使得空氣中揚(yáng)沙、浮塵等顆粒物較多，PM10濃度較高，但由于降水頻次低、降水量較小，沖刷稀釋堿性物質(zhì)的作用不明顯，導(dǎo)致降水pH值偏高；Wu等［29］的研究也表明，在受沙塵天氣影響的半干旱區(qū)，春季降水pH 值有明顯的峰值，且與沙塵天數(shù)的增加吻合。此外，該時(shí)期降水經(jīng)常發(fā)生在寒潮來(lái)臨時(shí)，伴隨大風(fēng)、降溫和沙塵天氣，受偏北氣流控制，不利于南部酸性物質(zhì)的輸送，更有利于來(lái)自北部蒙古國(guó)［30］等地區(qū)堿性物質(zhì)的輸送。

圖6 內(nèi)蒙古8個(gè)酸雨站降水pH值和酸雨、堿雨頻率的月變化Fig.6 Monthly variation of precipitation pH value and frequency of acid rain and alkali rain in eight acid rain stations in Inner Mongolia

值得注意的是，烏拉特中旗、呼和浩特、朱日和和通遼在非汛期，尤其在3 月和12 月，存在降水pH值偏低的情況，其中，朱日和在3 月的酸雨頻率為7.7%，通遼在12 月的酸雨頻率為18.2%?？紤]原因：由于內(nèi)蒙古大部分地區(qū)采暖期為10 月至次年4月，燃煤會(huì)釋放SO2、NOx和煙塵等顆粒物，尤其是散煤的燃燒，沒(méi)有經(jīng)過(guò)脫硫、脫硝和除塵等工序，SO2、NOx會(huì)導(dǎo)致降水酸化，而且該時(shí)期大氣層結(jié)相對(duì)靜穩(wěn)，擴(kuò)散條件一般或較差，使得大氣污染物更容易積累；從大氣污染濃度的月變化特征來(lái)看（圖7），上述地區(qū)SO2和NO2濃度較其他站偏高，受人為排放影響較大，而阿拉善左旗、錫林浩特、烏蘭浩特和滿洲里屬于空氣較清潔的地區(qū)，大氣污染物濃度較低，受人為排放影響較小。

大氣降水電導(dǎo)率（K值）的月變化特征與降水pH值有相似之處，即在夏季汛期6—9月，K值較低，各站月平均K值最小值為31.0～57.6 μS·cm-1；K值高值出現(xiàn)在1—4 月，各站月平均K值最大值為73.1～253.0 μS·cm-1；總體表現(xiàn)為“中間小、兩頭大”的月變化特征。這是由于內(nèi)蒙古冬春季大氣中首要污染物為PM10等顆粒物，大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定、污染物不易擴(kuò)散，使得降水過(guò)程中混合雜質(zhì)較多，而夏季垂直對(duì)流和湍流活動(dòng)強(qiáng)烈，大氣擴(kuò)散條件較好，空氣中顆粒物濃度較低，K值則較小。從內(nèi)蒙古站點(diǎn)平均值來(lái)看（圖7i）），K值峰值在2 月，為128.7 μS·cm-1，谷值在8月，為51.3 μS·cm-1；堿雨頻率與K值在0.01水平上呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.84，也表現(xiàn)為冬春季大于夏秋季。

3 討論

大氣降水酸堿度主要受區(qū)域環(huán)境和人為排放的影響，前者為區(qū)域氣候條件、土壤酸堿度等自然因素，后者為人類活動(dòng)排放的酸性或堿性物質(zhì)［17］。內(nèi)蒙古由于氣候干旱使得大部分地區(qū)土壤呈堿性，尤其中西部地區(qū)植被覆蓋率較低，平均風(fēng)力較大，一方面容易使地表堿性物質(zhì)進(jìn)入空氣和降水中，另一方面有利于人為排放的酸性氣體等污染物擴(kuò)散，同時(shí)也被空氣中的堿性物質(zhì)中和，而且內(nèi)蒙古相對(duì)京津冀、長(zhǎng)三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)，人為排放量相對(duì)較少，因此，降水酸堿度總體表現(xiàn)為堿性占比更高。

降水pH 值隨降水量的變化與區(qū)域大氣背景酸堿度密切相關(guān)，內(nèi)蒙古降水pH值和K值隨降水量的增大而減小，這與劉玉徹等［31］對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)的研究結(jié)論一致；而鄭秋萍等［10］對(duì)福建的研究則表明，降水pH值隨降水量級(jí)的增大而增大，這是因?yàn)槟戏降貐^(qū)由于氣候濕潤(rùn)、降水量大，土壤多呈酸性，人為排放的酸性物質(zhì)又加重了降水酸化程度，降水量越大沖刷掉的酸性物質(zhì)越多，降水pH 則表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)，而北方地區(qū)由于環(huán)境背景酸堿度偏堿性，降水量越大沖刷掉的堿性物質(zhì)越多，降水pH值表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，這也是夏季南方地區(qū)降水pH較其他季節(jié)偏高，而北方地區(qū)降水pH較其他季節(jié)偏低的原因。

由于內(nèi)蒙古地域遼闊、東西跨度較大，而目前酸雨觀測(cè)站較少，受當(dāng)?shù)貧夂蚝途值匚廴九欧庞绊?，不足以代表?nèi)蒙古全區(qū)平均水平，未來(lái)還需增加酸雨觀測(cè)站密度。目前來(lái)看，內(nèi)蒙古酸雨和堿雨出現(xiàn)概率較小，尤其近些年還有下降的趨勢(shì)，因此，降水酸堿度對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響較小。內(nèi)蒙古風(fēng)沙、揚(yáng)塵的緩沖能力較強(qiáng)，空氣中大量堿性物質(zhì)對(duì)酸性物質(zhì)的中和作用，容易忽略人為排放的酸性物質(zhì)對(duì)降水和環(huán)境的影響，抑或酸性物質(zhì)被中和后是否會(huì)減少對(duì)環(huán)境的影響也未可知，未來(lái)還需進(jìn)一步開(kāi)展降水中離子成分的來(lái)源解析等工作，為污染防治、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考和依據(jù)。

4 結(jié)論

本文基于1991—2021 年內(nèi)蒙古酸雨站歷史觀測(cè)資料，分析降水酸堿度的時(shí)空變化特征，以及土壤酸堿度、氣象條件和大氣污染物濃度等影響因素，得出以下結(jié)論：

（1）內(nèi)蒙古酸雨站歷史觀測(cè)的降水pH 值在3.7～10.5，堿性、酸性和中性降水分別占總觀測(cè)次數(shù)的63.9%、35.8%和0.3%，其中，酸雨、堿雨分別占1.1%和3.6%，發(fā)生概率較小。內(nèi)蒙古大部分地區(qū)堿性降水占比高于酸性降水，僅東北部的滿洲里酸性降水占比更高，這與內(nèi)蒙古土壤酸堿度大多呈堿性且風(fēng)沙緩沖作用較強(qiáng)有關(guān)。

（2）降水pH值的空間分布表現(xiàn)為：中部＞西部＞東部的特征，近15 a（2007—2021年）年均降水pH值的均值為6.2（滿洲里）～7.2（錫林浩特），均屬于非酸雨區(qū)，平均年酸雨、堿雨頻率小于5%，屬于酸雨、堿雨偶發(fā)，僅朱日和為堿雨少發(fā)。近5 a內(nèi)蒙古大部分地區(qū)酸雨、堿雨頻率減少，僅烏拉特中旗的酸雨頻率和阿拉善左旗的堿雨頻率上升較明顯。

（3）降水pH 低值多出現(xiàn)在夏季汛期6—9 月，該時(shí)期地表植被覆蓋較多，降水量較大、頻次較高，風(fēng)速偏小，使得地表?yè)P(yáng)起的堿性顆粒物減少，相應(yīng)地人為排放的酸性物質(zhì)被中和的部分也減少，而且地面偏南氣流增多，水汽輸送的過(guò)程中攜帶酸性物質(zhì)，導(dǎo)致降水pH值降低，酸雨頻率升高。

（4）降水pH 高值多出現(xiàn)在春季4—5 月和冬季1—2 月，冬春季節(jié)地表裸露干燥，降水多發(fā)生在寒潮時(shí)，伴隨大風(fēng)、降溫和沙塵天氣，而且降水量小、頻次低，沖刷稀釋堿性物質(zhì)的作用不明顯，在偏北氣流的控制下，更有利于來(lái)自北部地區(qū)堿性物質(zhì)的輸送。但由于采暖期燃煤釋放SO2和NOx等酸性氣體，在呼和浩特、通遼等大氣污染物濃度較高的地區(qū)，也存在降水pH值偏低的情況。