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淺談酸雨觀測技術流程

摘要:酸雨,是因人類活動導致區域降水酸化的一種污染現象,對公眾健康、工農業生產、生態環境以及全

球氣候變化都有重要的影響。為滿足我國國民經濟和社會發展對大氣環境監測方面日益增加的需求,中國氣象局在全國范圍內布設酸雨觀測站網,將酸雨觀測正式列為氣象臺站觀測項目,測量降水樣品的PH值和電導率K值。由于各個臺站或觀測員的操作流程并不一致,會影響到酸雨觀測數據測量的準確性。為了提高臺站酸雨觀測的統一性和準確性,本文對酸雨采樣、測量、操作維護等觀測流程進行了探討。

關鍵詞:酸雨 采樣 觀測流程 探討

引言

酸雨,是因人類活動導致區域降水酸化的一種污染現象,對公眾健康、工農業生產、生態環境以及全球氣候變化都有重要的影響。酸雨觀測為研究酸雨的時空分布及其長期變化趨勢提供寶貴的科學數據,為治理大氣污染和防治酸雨提供重要科學依據,是服務于可持續發展戰略和環境保護等國家決策的基礎性工作。中國氣象局已將酸雨觀測正式列為氣象臺站的觀測項目,其所積累的長期酸雨監測資料,已經應用于我國的環境監測、治理的科學決策和相關科學研究。酸雨觀測已成為氣象業務工作的重要組成部分,是氣象臺站的基本任務之一。為了做好酸雨觀測,許多作者對酸雨觀測質量控制、觀測注意事項進行了探討

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。但是由于

各個臺站或觀測員的操作流程并不一致,會影響到酸雨觀測數據測量的準確性。為了提高臺站酸雨觀測的統一性和準確性,本文對酸雨采樣、測量、操作維護等觀測流程進行了探討。 1酸雨的定義

酸雨是指pH值小于5.60的大氣降水。

空氣主要是由氮氣(78%)、氧氣(21%)、二氧化碳(0.037%)、水汽和其它惰性氣體等組成的。在這些氣體中,二氧化碳是含量最高的酸性氣體。在大氣中,二氧化碳易溶解于水,形成碳酸。碳酸是一種弱酸,在水中發生電離。根據二氧化碳在大氣中的濃度和常溫下在水中的溶解度,可以計算出潔凈降水中氫離子的濃度,并由此得出其pH值為5.60。

但是,在未受人類活動影響的偏遠地區,自然降水的pH值一般多在5.00~5.20左右,因為除了二氧化碳以外,自然大氣中還存在一些其它酸性物質,可使降水進一步酸化。所以,以pH值小于5.60作為酸雨的標準,是一個僅考慮大氣中二氧化碳溶解影響的簡單定義。 2酸雨觀測的基本任務

采集降水樣品,測量降水樣品的pH值與電導率,記錄、整理觀測數據,編制酸雨觀測報表,報送酸雨觀測資料;維護酸雨觀測場地和酸雨觀測實驗室工作環境,填寫并報送酸雨觀測站環境報告書;正確安裝、使用和維護酸雨觀測儀器,及時送修、送檢,確保設備正常運行;參加酸雨觀測業務考核;按要求寄送降水樣品,或對降水樣品進行除pH值與電導率以外的其他項目的測量;建立、健全站內酸雨觀測值班制度、儀器和化學試劑的安全使用(操作)和管理制度以及觀測工作質量的檢查制度。 3酸雨降水樣品的采樣流程 3.1降水樣品采樣日界

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每日08時(北京時,下同)為酸雨觀測降水采樣的日界,當日08時至次日08時為一個降水采樣日。在一個降水采樣日內,無論降水是否有間歇及間歇長短,降水量達到1.0 mm時,必須采集一個日降水樣品。

一個降水采樣日內的一次連續降水過程,只采樣一次。

若一個降水采樣日內有數次降水過程,則進行多次采樣,并將其合并為一個降水樣品。夜間不守班的氣象觀測站,須在20時將未使用過的降水采樣桶放置于采樣架上,并使其處于采樣狀態,用于對夜間降水的采樣,若白天和夜間均采集有降水樣品,須將兩個時段的降水樣品合并為一個降水樣品。

若降水連續數日,則按采樣日界分別采集各日的降水樣品。

在降水采樣日界,若降水連續,可在08時00分至30分之間收回上一日的降水樣品,并開始采集當日的降水樣品。完成上一日降水樣品的收集后,若當日不再有降水,該日可無酸雨觀測記錄,其降水量記入上一日內,此種情況需在酸雨觀測記錄簿備注欄內備注。 3.2降水樣品的采集

降水樣品的采集工作包括降水采樣桶的準備、取用、安放、采樣和取回等步驟,統稱為采樣。采樣操作的具體步驟如下: 3.2.1準備

應隨時準備好洗凈的降水采樣桶,備用。降水采樣桶應編號,并標記在其外側。降水采樣桶在酸雨觀測實驗室內保存時必須加蓋,并用干凈的塑料袋套好,避免污染。如降水采樣桶保存時間超過1個月,再次使用前須用自來水(配合洗滌劑)洗滌,并用純水滌蕩2~3次,并倒凈殘留的純水,方可使用。 3.2.2取用

取用降水采樣桶前應先洗手。將采樣桶從密封塑料袋取出后,先用約200ml純水滌蕩1~2次,倒凈殘留的純水,蓋好桶蓋,裝入塑料袋內,準備帶出室外安放。同一日內多次采樣,再次取用同一采樣桶時,不能用純水滌蕩該采樣桶。 3.2.3安放和采樣

降水即將開始前,應將降水采樣桶安放在采樣架上。待降水開始,應及時打開蓋子開始降水采樣。同時將桶蓋取下放入潔凈塑料袋內,帶回酸雨觀測實驗室。不得在降水前打開蓋子等待采樣。 3.2.4取回

降水結束(或降水發生間歇)應及時將采樣桶蓋裝在塑料袋內帶到采樣點,取出桶蓋將采樣桶蓋上,從采樣架上取下采樣桶帶回實驗室。帶回實驗室的采樣桶放置在專用的工作臺上,用干凈的塑料袋將采樣桶上面套好,避免污染,然后再進行下一步處理。 3.2.5記錄

每次安放或取回采樣桶時,應在酸雨觀測記錄簿上記錄采樣桶安放、取回的時間。若降水間歇時間較短,沒有來得及取回采樣桶時,應在酸雨觀測記錄簿備注欄內備注。 3.2.6注意事項

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安放和取回采樣桶的過程中,不得用手和其他物品接觸采樣桶的內壁和降水樣品,以防污染降水樣品影響測量結果。而且,為避免在安放、收取采樣桶時其他物品意外落入采樣桶內,造成降水樣品污染,操作人員應站在下風方向打開或蓋上采樣桶蓋。

降水樣品采集后,即可著手測量前的準備工作,最遲于本次降水采樣日界結束后4h內完成降水樣品的測量。降水樣品測量的準備工作包括降水樣品的轉移、溫度平衡以及測量儀器的開機預熱等。 4酸雨觀測操作流程

4.1 08-08時24小時降水量≥1.0mm時須進行采樣測量,在8點半前取回采樣桶,要求12時前完成測量,12時后測量須備注原因。當降水樣品很少,無法測量時,棄樣不測,在備注欄注明。 4.2觀測前打開酸度計、電導率儀電源開關,預熱30分鐘。觀測時取下復合電極玻璃套,并將橡皮套往下撥露出通氣孔,清洗復合電極、溫度探頭、電導電極(3遍),用濾紙吸干。 4.3用PH6.86標準緩沖溶液倒入50ml燒杯,將復合電極、溫度探頭浸入液面下1cm,按“校準”鍵,待示值穩定后,按“確認”鍵;清洗復合電極、溫度探頭(3遍),用濾紙吸干。用PH4.00標準緩沖溶液倒入50ml燒杯,將復合電極、溫度探頭浸入液面下1cm,按“校準”鍵,待示值穩定后,按“確認”鍵;清洗復合電極、溫度探頭(3遍),用濾紙吸干。

4.4將降水樣品分別倒入2個50ml燒杯;1個用來測PH值,1個用來測電導率。當降水樣品較少時,將降水樣品倒入1個50ml燒杯中,先測溫度(不記錄),再測電導率,最后測ph值和溫度值(記錄)。

4.5將復合電極、溫度探頭浸入降水樣品中,按“PH”鍵,待示值穩定后,記錄ph值(保留2位小數),記錄溫度值,按“貯存”鍵,再按“確認”鍵,輕輕晃動燒杯,待示值穩定后,記錄ph值,再輕輕晃動燒杯,待示值穩定后,再記錄ph值(共記錄3次);

4.6將電導電極浸入另一杯降水樣品中,將“量程”旋紐撥到“檢查”、“常數” 旋紐撥到“1.0”、“溫度” 旋紐撥到“25”,調節“校準” 旋紐使屏幕顯示“100.0”;調節“常數” 旋紐使屏幕顯示與電極標簽常數一致如“101.0”;調節“溫度” 旋紐到溶液實際溫度值;將“量程”旋紐撥到“Ⅰ”或“Ⅱ”檔,記錄電導率K值(保留1位小數); 4.7清洗復合電極、溫度探頭、電導電極(3遍),用濾紙吸干,將復合電極套套上,并將橡皮套往上撥,當復合電極補充溶液不足時須及時添加。將電導電極浸入蒸餾水中保管。清洗燒杯、采樣桶(用洗衣粉刷洗、自來水沖刷、再用蒸餾水蕩洗3遍)放回原處,清理桌面,關掉儀器電源。

5酸雨觀測儀器的安裝與維護

電導率儀須安放平穩,電源連接正確,接地良好。電極支架須固定牢靠,方便操作,接線連接正確牢固。安裝過程中,須注意保持電極插孔和電導電極插頭的清潔與干燥,嚴禁用手觸摸,以免影響測量的穩定性和準確度。

初次安裝或更換電導率儀,應當在酸雨觀測記錄簿中記錄儀器的型號、序號、生產廠家、購置日期、開始使用(更換)日期等,備查。送修和送檢時也應作相應記錄。

開始啟用新的電導電極時,要檢查電極根部標簽上的電極常數標示是否清楚。標簽丟失或標示不清者,不能使用。為了防止電極常數標示在使用中被磨掉,應在標簽外面貼上一層透明膠帶。電導電極的電極常數各不相同,因此在更換電導電極時,須對電導率儀的電極常

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數設置進行調節,而且在每次測量之前檢查該設置。在使用中,注意不要讓電導電極的表面接觸硬物,更不要用手觸摸,以避免損傷和污染電導電極。

電導電極的正常使用期為2年,到期必須更換。如發生明顯的電極污染或表面損傷等情形時,應及時更換。電導電極的啟用時間、更換情況和電極常數應記錄在酸雨觀測記錄簿的備注欄中。 6酸雨觀測注意事項

6.1 較少樣品時的PH值、K值測量

當某次降水過程中降水樣品過少時,可將降水樣品置于兩個50ml的燒杯內,分別測量pH值和K值。如降水樣品總量不足100ml,則只轉移至一個燒杯內,則需先單獨測量樣品的溫度,然后測量K值,最后測量pH值。 6.2 PH值和K值測量溫度問題

由于PH值和K值的變化與溫度有關,不同的溫度條件下測的PH值和K值均不同。測量PH值和K值應在同一溫度下進行測量記錄,因為特薄-1中只記錄一個溫度值。特薄-1中的PH值和K值就代表同溫度下的相應值。如果PH值和K值不在同一溫度下進行測量,那么PH值和K值就不具有比較性和代表性。 6.3降雪樣品測量問題

PH計復合電極和電導率儀的電導電極只能測定液態降水量的PH值和K值。而冬季降雪樣品屬于固態降水量,不能直接利用儀器進行測量。測量之前有一個如何溶化降雪樣品問題。 6.3.1降雪樣品一般加蓋放在空調室內自然溶化。

冬季降雪樣品不能用直接加入溫開水、純溫水或用火爐烤的方法加速溶化。因為直接加入溫開水、純溫水會使降雪樣品稀釋,溫開水中還含有一定量的雜質,會引起降雪樣品PH值和K值變化,而用火爐烤也會因蒸發、揮發、分解等使降雪樣品PH值和K值發生改變。降雪樣品一般加蓋放在空調室內自然溶化,這往往需要較長時間。若測量時間在北京時12時后,須在特薄-1中備注原因及延遲時間。 6.3.2降雪樣品隔離溫水加熱溶化。

另外,也可將降雪樣品采樣桶加蓋浸在溫度略高于室溫的溫水中進行溶化。放置時應注意降雪樣品采樣桶外面容器中溫水的高度不可過高,降雪樣品采樣桶加蓋豎放不能翻轉,外面溫水絕對不能進入降雪樣品采樣桶內 7結語

酸雨觀測工作是大氣特種觀測的組成部分,是一項重要的基礎業務工作,作為一個業務人員,必須嚴格執行《酸雨觀測業務規范》,認真學習《酸雨觀測業務軟件操作手冊》,不

斷地去探索、去總結經驗,使酸雨觀測方法更加完善,更具操作性,從而使酸雨觀測記錄更具有代表性、比較性和準確性,不斷提高酸雨觀測業務水平。

參考文獻

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[3] 吳明江.酸雨站觀測技術及質量控制方法探討.首屆中國氣象探測學術年會.2008年.

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