郭贊洪，梁少燕，唐其環(huán)，劉聰，毛福軍

（1.中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.中國人民解放軍69008部隊(duì)，新疆 五家渠市 831300）

大氣腐蝕造成的損失對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的影響非常嚴(yán)重，影響大氣腐蝕的因素復(fù)雜眾多，主要包括材料本身以及外界環(huán)境條件，如氣溫、相對(duì)濕度、空氣中的腐蝕介質(zhì)及海水浪高、海水溫度等。在沿海地區(qū)和島礁，由于臨近大海，這些地區(qū)的大氣中的氯離子較內(nèi)陸多，氯離子成為影響金屬腐蝕的主要影響因子?？諝庵新入x子對(duì)金屬的腐蝕是由于海鹽粒子（包含氯離子）容易被風(fēng)攜帶并降在暴露的金屬表面上，在一定的相對(duì)濕度下，如果金屬表面不均勻或沉積有可溶性鹽粒，則水蒸氣優(yōu)先在表面上的這些活性部位發(fā)生凝聚或吸附，進(jìn)而形成電解液膜或液滴，這種液膜或液滴的存在加速了金屬的大氣腐蝕過程金屬的腐蝕愈加嚴(yán)重[1-6]。此外，ISO 9223-2012 《Corrosion of metals and alloys —Corrosivity of atmospheres —Classification,determination and estimation》[7]和 GB/T 19292.1-2018《金屬盒合金的腐蝕 大氣腐蝕性 分類》[8]都指出空氣中氯離子的沉積速率是大氣腐蝕性分類和評(píng)估的重要環(huán)境因素之一。因此，研究氯離子沉積速率的影響因素對(duì)研究氯離子沉積速率的分布以及進(jìn)一步評(píng)估大氣腐蝕性等級(jí)都具有重要意義。

到目前為止，已有部分學(xué)者開展過氯離子沉積速率的研究工作，并發(fā)表了相關(guān)研究成果文章[14-18]，但分析氯離子沉積速率的影響因素的卻少有報(bào)道?？諝庵新入x子沉積速率的影響因素較多，包括氣象環(huán)境因素、海水環(huán)境因素、地理環(huán)境因素等。文中重點(diǎn)分析了氣象環(huán)境因素（氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量）和海水環(huán)境因素（海水有效波高、海水溫度）對(duì)氯離子沉積速率的影響，其他因素如風(fēng)向、地形地貌等因素不在本項(xiàng)目中分析。

空氣中的氯離子沉積速率的采集方法已較為成熟，采樣方法主要有掛片法和濕燭法，分析方法較多。國內(nèi)外都形成了相應(yīng)的方法和標(biāo)準(zhǔn)[9-13]。筆者采用干片法采集空氣中的氯離子；采用灰色關(guān)聯(lián)法、pearson相關(guān)系數(shù)法、spearman相關(guān)系數(shù)法分析氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與空氣中氯離子沉積速率的相關(guān)系數(shù)，以此來分析氯離子沉積速率的影響因素。

1 試驗(yàn)方法

1.1 采樣地點(diǎn)

采樣地點(diǎn)設(shè)在海南省中東部離海岸線距離約為350 m的地點(diǎn)。

1.2 采集方法及采集時(shí)間

空氣中氯離子沉積速率采集按照 GJB 8894.1-2017 標(biāo)準(zhǔn)[12]中的掛片法要求進(jìn)行，每次放置3個(gè)平行樣，每次采樣周期為（30±2）天，最后取3個(gè)平行樣的數(shù)據(jù)平均值作為當(dāng)月的氯離子沉積速率值。采集裝置如圖1所示。

圖1 采樣裝置安裝示意Fig.1 Installation diagram of sampling device

氣象數(shù)據(jù)按照GB/T 35221-2017《地面氣象監(jiān)測規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)中的要求采集，通過統(tǒng)計(jì)各自然月采集的原始數(shù)據(jù)，求平均得到各個(gè)自然月的平均值，如平均氣溫、平均風(fēng)速、平均相對(duì)濕度，累計(jì)求和獲取降雨量的月累計(jì)值。海水溫度和海水有效波高數(shù)據(jù)從國家海洋局獲取。

采樣時(shí)間段為2013年1月到2013年12月，共計(jì)1年12個(gè)月。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

采集并統(tǒng)計(jì)了2013年1月到12月各月份的平均氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度、氯離子沉降速率等數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 海南省中東部離海岸線350 m處原始環(huán)境數(shù)據(jù)Fig.2 Original environmental data for 350 meters from the coastline in the Middle East of Hainan Province

3 數(shù)據(jù)分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”，是衡量因素之間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。關(guān)聯(lián)度是指對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素，其隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。在系統(tǒng)發(fā)展過程中，各因素的變化趨勢具有一致性，則同步變化程度較高，即二者關(guān)聯(lián)度較高，反之，則較低?；疑P(guān)聯(lián)度分析給一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展變化態(tài)勢提供了量化的度量，非常適合動(dòng)態(tài)歷程分析。

pearson相關(guān)系數(shù)又稱pearson積矩相關(guān)系數(shù)，是用于度量兩個(gè)變量X和Y之間的線性相關(guān)。pearson相關(guān)系數(shù)的取值范圍為[－1,1]，當(dāng)pearson相關(guān)系數(shù)大于0時(shí)，說明兩個(gè)變量正相關(guān)；當(dāng)pearson相關(guān)系數(shù)小于0時(shí)，說明兩個(gè)變量呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)pearson相關(guān)系數(shù)為0時(shí)，說明兩個(gè)變量無關(guān)。pearson相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，說明兩個(gè)變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)。

spearman相關(guān)系數(shù)是用于度量兩個(gè)變量X和Y之間的相關(guān)性，并不一定是線性相關(guān)。同pearson相關(guān)系數(shù)一樣，spearman相關(guān)系數(shù)的取值范圍為[－1,1]；當(dāng)spearman相關(guān)系數(shù)大于0時(shí)，說明兩個(gè)變量正相關(guān)；當(dāng) spearman相關(guān)系數(shù)小于0時(shí)，說明兩個(gè)變量呈負(fù)相關(guān)，當(dāng) spearman相關(guān)系數(shù)為0時(shí)，說明兩個(gè)變量無關(guān)。spearman相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，說明兩個(gè)變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)。

4 分析和討論

4.1 氯離子沉積速率的季節(jié)變化規(guī)律

根據(jù)表1中海南省中東部站近海岸線曝露場2013年的氯離子沉積速率數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)春季、夏季、秋季、冬季的氯離子沉積速率平均值。春季統(tǒng)計(jì)3月、4月、5月的氯離子沉積速率的平均值；夏季統(tǒng)計(jì)6月、7月、8月的氯離子沉積速率的平均值；秋季統(tǒng)計(jì)9月、10月、11月的氯離子沉積速率的平均值；冬季統(tǒng)計(jì)1月、2月、12月的氯離子沉積速率的平均值。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。海南省中東部站近海岸線曝露場2013年的氯離子沉積速率時(shí)序變化趨勢如圖3所示。

表1 海南省中東部離海岸線350 m處2013年春、夏、秋、冬氯離子沉積速率平均值Tab.1 Average values of chloride deposition rates in spring,summer, autumn and winter at 350 meters from the coastline in the Middle East of Hainan Province

圖3 海南省中東部離海岸線350 m處2013年各月份氯離子沉積速率時(shí)序變化Fig.3 Time series change chart of chloride deposition rate at 350 meters from the coastline in the Middle East of Hainan Province in each month of 2013

根據(jù)表1中統(tǒng)計(jì)的海南省中東部離海岸線350 m春季、夏季、秋季、冬季的氯離子沉積速率，秋季和冬季的氯離子沉積速率明顯大于春季和夏季的氯離子沉積速率，這與唐其環(huán)[19-20]研究海南省中東部站的氯離子沉積速率的季節(jié)變化規(guī)律是相同的。結(jié)合圖2也可以明顯看出，秋季和冬季的氯離子沉積速率明顯大于春季和夏季的氯離子沉積速率。

4.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

利用SPSS軟件分別計(jì)算海南省中東部離海岸線350 m的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的灰色關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的灰色關(guān)聯(lián)度由高到低排序?yàn)椋汉Ｋ行Рǜ?、風(fēng)速、相對(duì)濕度、海水溫度、氣溫、降雨量。因此，海水有效波高與氯離子沉積速率的相關(guān)性最強(qiáng)。

表2 氯離子沉積速率與其他環(huán)境因素的灰色關(guān)聯(lián)度Tab.2 Gray correlation between the chloride deposition rate and other environmental factors

4.3 pearson相關(guān)系數(shù)法分析

利用SPSS軟件分別計(jì)算海南省中東部離海岸線350 m的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的pearson相關(guān)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3。圖4為氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的兩兩因素變化趨勢。

表3 氯離子沉積速率與其他環(huán)境因素的pearson相關(guān)系數(shù)Tab.3 Pearson correlation coefficient between the chloride deposition rate and other environmental factors

從表3中的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的 pearson相關(guān)系數(shù)可知，各因素的相關(guān)性從高到低排序?yàn)楹Ｋ行Рǜ?、風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度、降雨量、海水溫度，對(duì)應(yīng)的 pearson相關(guān)系數(shù)分別為 0.821、0.440、-0.306、-0.286、0.144、-0.136。其中：氣溫、相對(duì)濕度、海水溫度與氯離子沉積速率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；風(fēng)速、降雨量、海水有效波高與氯離子沉積速率呈現(xiàn)正相關(guān)。從各因素與氯離子沉積速率相關(guān)性的顯著性分析可知，僅海水有效波高與氯離子沉積速率的 pearson相關(guān)系數(shù)在置信度 0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，而其他5種因素則不呈現(xiàn)顯著相關(guān)。

從圖4中可以看出，僅海水有效波高與氯離子沉積速率存在較好的線性關(guān)系，而其他5種環(huán)境因素與氯離子沉積速率沒有明顯的線性關(guān)系。因此，其他5種環(huán)境因素采用pearson相關(guān)系數(shù)法計(jì)算其與氯離子沉積速率的pearson相關(guān)系數(shù)不能代表其真實(shí)的相關(guān)程度，而海水有效波高則可以采用pearson相關(guān)系數(shù)代表其與氯離子沉積速率的相關(guān)性。

圖4 氯離子沉積速率與其他環(huán)境因素的變化趨勢Fig.4 Trend of the chloride deposition rate and other environmental factors: a) air temperature; b) relative humidity;c) wind speed; d) rainfall; e) significant wave height of sea water; f) sea water temperature

因此，氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度6種環(huán)境因素中，海水有效波高可以采用 pearson相關(guān)系數(shù)法計(jì)算出其與氯離子沉積速率的相關(guān)系數(shù)最大，為0.821，且計(jì)算結(jié)果在置信度 0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；而其他5種環(huán)境因素與氯離子沉積速率不呈現(xiàn)線性關(guān)系，則計(jì)算的 pearson相關(guān)系數(shù)不能表示與氯離子沉積速率的相關(guān)程度。因此，需采用spearman相關(guān)系數(shù)分析。

4.4 spearman相關(guān)系數(shù)法分析

利用SPSS軟件分別計(jì)算海南省中東部離海岸線350 m的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的 spearman相關(guān)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表4。

從表4中的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的spearman相關(guān)系數(shù)可知，各因素的相關(guān)性從高到低排序?yàn)楹Ｋ行Рǜ?、氣溫、海水溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降雨量，對(duì)應(yīng)的spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.850、-0.547、-0.420、0.386、-0.290、0.133；其中，氣溫、相對(duì)濕度、海水溫度與氯離子沉積速率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，風(fēng)速、降雨量、海水有效波高與氯離子沉積速率呈現(xiàn)正相關(guān)。從各因素與氯離子沉積速率相關(guān)性的顯著性分析可知，僅海水有效波高與氯離子沉積速率的spearman相關(guān)系數(shù)在置信度 0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；而其他5種因素則不呈現(xiàn)顯著相關(guān)。

圖5為氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的時(shí)序變化圖。

圖5 氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的時(shí)序變化Fig.5 Time series comparison of temperature, relative humidity, wind speed, rainfall, sea water effective wave height, sea water temperature and chloride deposition rate: a) temperature and chloride deposition rate; b) relative humidity and chloride deposition rate; c) wind speed and chloride deposition rate; d) rainfall and chloride deposition rate; e) sea water effective wave height and chloride deposition rate; f) sea water temperature and chloride deposition rate

表4 氯離子沉積速率與其他環(huán)境因素的spearman相關(guān)系數(shù)Tab.4 Spearman correlation coefficient between the chloride deposition rate and other environmental factors

結(jié)合圖5中氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度分別與氯離子沉積速率的時(shí)序變化對(duì)比，可以明顯看出海水有效波高與氯離子沉積速率的時(shí)序變化趨勢基本一致，而另外5種環(huán)境因素與氯離子沉積速率的時(shí)序變化趨勢對(duì)比不明顯。

5 結(jié)論

綜合灰色關(guān)聯(lián)分析法、pearson相關(guān)系數(shù)法、spearman相關(guān)系數(shù)法分析了海南省中東部地區(qū)氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率的相關(guān)性，以及對(duì)氯離子沉積速率的季節(jié)性規(guī)律的分析，得出以下結(jié)論：

1）氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降雨量、海水有效波高、海水溫度與氯離子沉積速率相關(guān)性，相關(guān)性最強(qiáng)的是海水有效波高，且呈顯著性正相關(guān)，即海水有效波高越高，氯離子沉積速率越大。

2）季節(jié)性影響明顯，秋季和冬季的氯離子沉積速率明顯大于春季和夏季的氯離子沉積速率。