酸雨
酸雨是指降水酸碱度（pH 值）小于5.6 的大气降水，包括雨、雪、霜、雾、露等各种降水，又称为酸性湿沉降。分为硝酸型酸雨、混合型酸雨、硫酸型酸雨。酸雨是大气污染的一种表现，有些国家称之为“空中死神”。
“酸雨 ” 一词最早是由英国化学家史密斯于 1872年提出，他在 《空气和降雨：化学气候学的开端 》一书中首次提出 “酸雨 ” 这一术语。一般认为大气降水与酸性气体平衡时的酸度pH为5.6是降水天然酸度。由于火山喷发、高空闪电及人类大量使用煤、石油等化石燃料，其产生的硫氧化物或氮氧化物进入大气层被氧化，并溶于水汽，形成雨、雾等形式的pH小于5.6的降水，即酸雨。
全球三大酸雨区是：欧洲、北美和东亚。中国酸雨区主要分布在长江以南、青藏高原以东及四川盆地等广大地区。
酸雨已成为一个全球性的环境问题，它可以危害地表生态系统和人体健康，加速材料腐蚀等，对人们日常生活和生产活动造成广泛、持续的影响。
概述
酸雨是pH值小于5.6的大气降水，20世纪50年代以前，世界上降水的PH一般大于5.0，少数工业区曾降酸雨。60年代起，随着矿物燃料消耗的增多，空气状况急剧恶化，越来越多的地区降水的PH降到5.0以下，形成欧洲、北美和东亚三大酸雨区，对生态系统造成严重伤害。20世纪70年代以后，中国出现大范围酸雨，80年代中后期加重。中国对酸雨的研究始于20世纪80年代初，中国约1/3的国土受到酸雨污染，是继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区。
研究历史
早在17世纪，英国作家、博物学家J.伊夫林(John Evelyn) 就将城市中酸性大气与石灰岩和大理石的腐蚀联系到一起。工业革命以后，二氧化硫和氮氧化物的排放持续增加。1852年，英国化学家R.A.史密斯(Robert Angus Smith)首次提出英国曼彻斯特地区的雨和大气污染物之间的关系。1872年，他出版著作《空气和雨: 化学气候学的开端》 (Air and Rain: TheBeginnings of Chemical Climatology) ，并在其中首次提出了“酸雨”的概念。然而，酸雨概念提出早期并未受到足够关注。直到20世纪60年代，瑞典化学家S.奥丁 (Svante Odin) 在斯的纳维亚地区建立地表水化学的监测网络，用观测数据表明，酸雨是欧洲许多地区的大尺度现象，有明确的源排放地区和沉降区，并且可导致毒物从土壤沥出，降低鱼类种群和森林生长。此后，对酸雨相关的科学研究逐渐进入高潮，发现世界上除了欧洲之外，还有北美洲及东亚等主要酸雨区。
酸雨的形成
发生机理
酸雨是工业高度发展而出现的副产物，酸雨的形成过程相当复杂，与地形、气候、土壤的敏感度、工业结构及能源的开发利用密切相关。包括一系列复杂的物理化学反应，形成酸雨的物质有硫氧化物、氮氧化物、气溶胶等。按其来源大致可分为两类:
①自然物质。如火山喷发出大量的硫化物、动植物分解产生有机酸二甲硫醚及氮化物等，由于是弱酸性，所以对生态环境构不成太大的威胁。②人为物质。工业生产、民用生活燃烧煤和石油等燃料，产生大量的硫氧化物及氮氧化物，被空气中的氧气氧化后再与空气中的水蒸气结合生成硫酸和硝酸等强酸性物质，使得雨水的pH值降低，最后降落到地面形成所谓的酸雨。
化学过程
酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸。多数情况下，以硫酸为主，从污染源排放出来的 SO2和NOx是形成酸雨的主要起始物，其形成过程为：
SO2＋［O］ → SO3
SO3＋H2O→ H2SO4
SO2＋H2O→H2SO3
H2SO3＋［O］→H2SO4
NO＋［O］ → NO2
2NO2＋H2O→HNO3＋HNO2
式中，［O］为各种氧化剂。大气中的SO2和ＮＯ经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亚硝酸，是造成降水pH值降低的主要原因。
基本类型
酸性沉降可分为湿沉降与干沉降两大类。湿沉降是指所有气状污染物或粒状污染物，随着雨 、雪 、雾或雹等降水形态而落到地面者；干沉降是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。酸雨为酸性沉降中的湿沉降，分为硝酸型酸雨、混合型酸雨、硫酸型酸雨。中国属于典型的硫酸型酸雨。
（2）混合型：0.5\u003c硫酸根/硝酸根\u003c3.0
（3）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根≥3
大气中还有许多气态或固态物质对降水的pH也会有影响。石灰中的氧化钙，土壤中的碳酸钙，天然和人为来源的NH3以及其它碱性物质都可使降水中的酸中和，对酸性降水起缓冲作用。酸雨中关键性离子组分是 SO₄²⁻、Ca²⁺和NH₄+。作为酸指标的是SO₄²⁻，其来源主要是燃烧排放的SO2。作为碱指标的是 Ca²⁺和NH₄+离子，既有人为来源，也有天然来源，一般天然来源是主要的，这也可以在一定程度上解释酸雨区域分布的原因。
分布区域
目前全球已形成三大酸雨区：一个是以德、法、英等国为中心，波及大半欧洲的北欧酸雨区；一个是包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区降水的pH小于 5，有的甚至小于 4。由于二氧化硫和氮氧化物的排放量逐渐增多，中国已成为继北欧和北美之后的世界第三大酸雨区。
中国酸雨区主要分布在东北地区东南部、华北大部、西南和华南沿海地区及新疆北部地区，大体呈东北西南走向。在欧、美、亚世界三大酸雨区中，中国的强酸雨区面积最大，长江以南地区是强酸雨中心。中国降水酸度和频率有明显的季节变化，总的趋势是冬春季pH值低，夏秋季pH值高，特别在中国南方地区尤为明显。中国降水化学组成目前仍属硫酸型，但正在向硫酸一硝酸混合型转变。
危害
对土壤的危害
酸雨使土壤中的钙、镁、钾和钠等营养元素被淋溶，导致土壤日益酸化、贫瘠化，无法耕种。酸化的土壤影响微生物的活性，进而抑制土壤中有机化合物的分解和氮的固定。
对水生生态的危害
酸雨可使湖泊、河流等地表水酸化，污染饮用水源。水质变酸还会引起水生生态结构上的变化，鱼类会减少甚至绝迹。酸化水体已在加拿大、美国东部和瑞典、挪威南部大面积出现，中国西南地区也出现酸化水体。
对植物的危害
酸雨对农作物危害相当大，使农作物根、茎、叶受伤害，造成农作物产量降低。受到酸雨侵蚀的绿植，叶绿素含量降低，光合作用受阻，严重的可使叶片失绿变黄并开始脱落，导致森林生长速度降低。
对材料和文物古迹的危害
酸雨加速许多用于建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、供水管网及通信电缆等的材料腐蚀，还能严重损害文物古迹、历史建筑及其他重要文化设施。
对人体健康的危害
人体通过呼吸道和皮肤等途径吸收酸雨可导致一系列健康疾病。酸雨主要通过三种方式影响人类健康：（1）经呼吸道吸入硫和氮的氧化物，引起呼吸道疾病。（2）经皮肤沉积而吸收。（3）来自地球表面微量金属的毒性作用，如铅、汞、铝等。
直接危害：实验室研究表明，酸雨对呼吸道中起主要防御功能的细胞有重要损伤作用，其后果将会使呼吸道感染，肺肿瘤的发生机会大大增加，甚至会诱发癌症。
间接危害：酸雨通过对土壤、水生生态和植物等的危害，使土壤中的重金属溶出，在植物和水体中积累，造成污染，最终经食物链进入动物和人体内，对人体健康造成间接危害。
防治措施
酸雨防治的政策和国际协作
酸雨问题是一个全球性问题，1979年33个国家签订了远距离跨界大气污染公约(LRTAP)，这一公约为签约国建立了一个框架，使他们在框架内认识到跨界污染所引发的问题，并且接受了采取适当措施的责任。然而LRTAP一直没有采取实质性的措施来减少酸雨污染。1985年各国在LRTAP协定下签订了两份议定书：削减硫排放议定书(第一份硫议定书)和1988年在索非亚签订的稳定NOx排放议定书。各国逐渐开始致力于削减各种酸性污染物的排放，采取了一系列的措施削减来自畜牧业的氨排放等。
1990年美国国会启动了酸雨计划（ARP）。1985年，加拿大建立了酸雨控制计划，要求将S02的排放量在1980年的水平上降低40％。1991年，美国和加拿大签署了加拿大——美国大气质量协议(AQA)，正式开始了对酸雨问题的合作。1998年10月，加拿大联邦、省及地方能源与环境部长签署了加拿大跨越2000酸雨策略(The Canada—Wide Acid Rain Strategy for Post一2000)。该策略的主要长期目标是“满足加拿大酸沉降的环境临界值”，直到对水生和陆地生态系统不再构成危害。
进入20世纪90年代，欧美各国由于多年来签署的各项协议的实施，SO2排放量得以削减，酸雨和酸沉降的威胁趋于缓和，而亚洲各国由于经济的快速发展，污染物排放量急剧增加，酸雨污染越来越严重。为了有效解决亚洲地区所出现的环境问题，从1992年开始，在亚洲地区启动了“亚洲酸雨及其减排”项目。
中国针对酸雨恶化的趋势，1992年经过国务院批准在部分省市进行征收工业燃放二氧化硫排污费试点工作。在中国的工业污染物排放标准中，也逐步制定了二氧化硫排放限值。对推动酸雨的污染治理起了积极的作用，为进一步遏制酸雨和SO2污染的发展，1995年 8月全国人大常委会通过了新修订的 《大气污染防治法 》，专门在全国范围内制定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区。2002年国务院批复的《关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划 》明确提出了 “两控区 ” 对酸雨和SO2污染重点治理。
具体防治措施
1、对燃煤技术进行改进，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。
2、使用原煤脱硫技术。原煤脱硫可以除去燃煤中大约40%-60%的无机硫，减少二氧化硫排放。
3、优先使用含硫较低的天然气或低硫煤等。
4、对燃烧过程中形成的烟气排放之前进行脱硫处理，以减少燃料燃烧后的二氧化硫的排放。烟气脱硫效果虽好但成本高，这也成为治理酸雨的主要困难之一。
5、改变能源结构，加速发展清洁能源，淘汰高耗能、高污染行业。尽可能使用清洁能源，少用煤。大力发展城市燃气(天然气、液化石油气)，积极开发水能、核能、风能、太阳能、生物能、地热能、海洋能等洁净能源。
6、还可通过脱硫和脱硝技术改善交通环境、控制汽车尾气、减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
7、完善环境法规，建立激励和约束机制，制定酸雨气体排放标准，推行征收二氧化硫排污费制度。
8、建立公众参与机制，倡导绿色消费出行等。尽量乘坐公共交通工具，少开车，减少废气排放。
等级
《酸雨和酸雨区等级》从规范气象行业酸雨观测及服务业务的角度出发，参考了国内外常见的酸雨污染程度习惯性划分方式和称谓，结合中国气象局酸雨观测资料的统计分析、业务产品制作和技术开发经验，提出了酸雨、酸雨频率和酸雨区等级的划分指标体系。
该标准规定，酸雨是降水酸碱度（pH 值）小于5.6 的大气降水，酸雨区是平均降水 pH 值小于 5.6的地区。按照日降水 pH 值作为酸雨等级划分指标体系的基础，将酸雨划分为较弱酸雨、弱酸雨、强酸雨和特强酸雨；按照单站某一时段（月、季、年）内酸雨频率，将酸雨频率划分为酸雨偶发、酸雨少发、酸雨多发、酸雨频发和酸雨高发；由区域内全部单站（月、季、年）平均降水 pH 值作为酸雨区等级划分指标体系的基础，用插值方法计算得到（月、季、年）平均降水 pH 值的空间分布，将酸雨区划分为较轻酸雨区、轻酸雨区、重酸雨区、特重酸雨区。
《酸雨和酸雨区等级》的应用，对于气象科研与业务、大气环境与生态保护、环境保护政策制定、环境外交、公众健康水平提高等具有积极作用。
参考资料
酸雨.中国大百科全书.2023-02-11
酸雨观测规范.中国气象局.2023-01-03
酸雨之“害”：北美死湖事件.今日头条.2023-01-03
酸雨污染健康影响.中国大百科全书.2023-02-12
酸雨污染.中国大百科全书.2023-02-11
酸雨和酸雨区等级是什么？.今日头条.2023-01-03
中国酸雨污染.中国大百科全书.2023-02-13
酸雨水化学.中国大百科全书.2023-02-12
酸雨与疾病.中国气象科普网.2023-02-14
全国人大法律委员会关于《中华人民共和国大气污染防治法（修改草案）》审议结果的报告 （1995）.中国人大网.2023-02-14
国务院关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划的批复.中华人民共和国生态环境部.2023-02-14
https://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/202110/t20211030_4083483.html.中国气象局.2023-02-13