大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云物理影響研究

付亞平　李芳

摘要：針對(duì)黃土高原實(shí)際降水展開研究，探究大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水情況的影響程度。將黃土高原1990年- 2019年共30年的氣象數(shù)據(jù)資料作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算提取出黃土高原降水的分布特征，根據(jù)實(shí)際的大氣污染物質(zhì)量濃度，設(shè)定不同的大氣污染物質(zhì)量濃度環(huán)境，再計(jì)算大氣污染物質(zhì)量濃度與黃土高原降水情況的相關(guān)度，并對(duì)其進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大氣污染物質(zhì)量濃度越低，黃土高原的降水時(shí)間、降水強(qiáng)度和降水次數(shù)越高。黃土高原的降水情況會(huì)受到多種因素的影響，其中，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水情況的物理影響較大。

關(guān)鍵詞：大氣污染物質(zhì)量濃度；黃土高原；高原降水；物理影響；實(shí)驗(yàn)分析

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

黃土高原作為中國(guó)四大高原之一，位于中國(guó)中部偏北部，年降水量受到多種因素的影響，其中大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水的影響較大。一直以來(lái)，大氣污染物質(zhì)量濃度受到人們的廣泛關(guān)注，對(duì)人體健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)方面都有直接的負(fù)面影響。同時(shí)，大氣污染物質(zhì)量濃度還會(huì)對(duì)黃土高原的降水造成影響。在以往的研究中，曾有學(xué)者針對(duì)大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水的影響展開研究，但在研究的過(guò)程中，由于對(duì)大氣污染物質(zhì)量濃度的分析不精準(zhǔn)，導(dǎo)致研究效果不佳。因此，不少研究學(xué)者針對(duì)大氣污染物濃度展開了研究，并取得了一定的成果。

文獻(xiàn)[4]針對(duì)邯鄲市新冠疫情前后空氣質(zhì)量指數(shù)的變化，通過(guò)計(jì)算大氣污染物的濃度變化，對(duì)其進(jìn)行污染物特征分析。文獻(xiàn)[5]統(tǒng)計(jì)疫情期間河南省空氣質(zhì)量的變化情況，探究其對(duì)河南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)互動(dòng)的影響。文獻(xiàn)[6]在WRF - Chem和EMI指數(shù)的作用下，對(duì)新冠肺炎期間沈陽(yáng)市大氣濃度變化情況進(jìn)行分析，并結(jié)合沈陽(yáng)市的實(shí)際情況，分析這種變化出現(xiàn)的原因。

在以往研究的基礎(chǔ)上，文章針對(duì)大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云物理影響展開了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，文章方法能夠更好地展示大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水的影響，為制定相關(guān)措施提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)以中國(guó)黃土高原為研究對(duì)象。黃土高原位于中國(guó)中部偏北地區(qū)，面積約為63.5萬(wàn)平方千米。地勢(shì)較高，海拔在800米至3 000米之間，屬于中國(guó)第二級(jí)階梯。黃土顆粒細(xì)膩，土質(zhì)松軟，富含礦物質(zhì)養(yǎng)分，適合耕作。氣候?yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年氣溫變化大，降水相對(duì)較少。受西南季風(fēng)和大陸氣團(tuán)影響，降水主要集中在夏季，占全年80%，但白東南向西北逐漸減少。陽(yáng)光充足，年蒸發(fā)量高于降水量，導(dǎo)致干旱氣候，水分缺乏嚴(yán)重，且有較多大風(fēng)和沙塵暴天氣。

2 研究數(shù)據(jù)

文章使用國(guó)家氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的大氣污染物質(zhì)量濃度和降水?dāng)?shù)據(jù)，涵蓋了黃土高原1990年- 2019年的30年數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用相關(guān)軟件分析了黃土高原的降水邊界并確定了降水中心。為深入分析降水情況，選擇了覆蓋黃土高原不同區(qū)域的多個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)。考慮到黃土高原地區(qū)特點(diǎn)，從東南向西北選取了5個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)站點(diǎn)記錄的降水情況可能略有差異。表格顯示了這些站點(diǎn)在過(guò)去30年的具體數(shù)據(jù)，其中降水量用字母a表示，大氣污染物質(zhì)量濃度用字母b表示。

如表1所示，從上述表中可以看出，在1990年- 2019年這30年的時(shí)間里，黃土高原的降水量及大氣污染物質(zhì)量濃度在逐年發(fā)生改變，其中，黃土高原的降水量增大，大氣污染物質(zhì)量濃度也在逐漸增多。將上述數(shù)據(jù)作為此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用相關(guān)研究方法對(duì)其展開實(shí)驗(yàn)，研究大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水量的影響。

3 研究方法

在此次實(shí)驗(yàn)中，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)黃土高原的實(shí)際情況，結(jié)合上述采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬出黃土高原地質(zhì)環(huán)境，用于本次實(shí)驗(yàn)中。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)設(shè)置不同的大氣污染物濃度，對(duì)大氣污染物濃度對(duì)黃土高原降水的影響進(jìn)行分析。其具體研究過(guò)程如下所示。

3.1 黃土高原降水云物理特征分析

根據(jù)上述采集的數(shù)據(jù)，對(duì)黃土高原的降水云物理特征進(jìn)行分析。首先，對(duì)黃土高原的降水情況進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)降水分布特征。具體分析過(guò)程如式（1）所示：

在式（1）中，H（x）表示黃土高原降水情況的分布特征，nj表示在某一年中，黃土高原降水的次數(shù)，S表示有降水記錄的年數(shù)，x表示黃土高原降水的觀測(cè)值，Cj表示黃土高原降水的加權(quán)值，Wj表示黃土高原降水的分布參數(shù)。通過(guò)上述公式，計(jì)算出黃土高原的分布特征。在此基礎(chǔ)上，為了更好地分析黃土高原的降水情況，對(duì)黃土高原歷年的降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定降水量較多的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并將其模擬出來(lái)，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。至此，黃土高原降水云物理特征的分析完成。

3.2 設(shè)定不同濃度的大氣污染物

將上述黃土高原降水云物理特征的分析結(jié)果作為基礎(chǔ)，進(jìn)行大氣污染物質(zhì)量濃度的設(shè)定。文章統(tǒng)計(jì)的大氣污染物包含PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧等六種氣體，根據(jù)黃土高原的不同季節(jié)下，大氣污染物質(zhì)量濃度的具體情況，對(duì)其進(jìn)行設(shè)定。具體設(shè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

如表2所示，根據(jù)黃土高原的實(shí)際情況，模擬出黃土的一年中不同月份的大氣污染物質(zhì)量濃度。將上述濃度作為基礎(chǔ)，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。至此，大氣污染物質(zhì)量濃度的設(shè)定完成。

3.3 探究大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云的影響

通過(guò)上述對(duì)黃土高原降水云物理特征的分析，結(jié)合設(shè)定的大氣污染物濃度，分析兩者之間的關(guān)聯(lián)。在實(shí)驗(yàn)中，先分析大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水時(shí)間和降水量的影響，再計(jì)算大氣污染物質(zhì)量濃度與黃土高原降水情況的相關(guān)度。具體計(jì)算過(guò)程如式（2）所示：

在式（2）中，α表示計(jì)算出的大氣污染物質(zhì)量濃度與黃土高原降水情況的相關(guān)度，di表示不同大氣污染物質(zhì)量濃度下的降水情況的差值，n表示統(tǒng)計(jì)的次數(shù)。通過(guò)上述公式，計(jì)算出兩者間的相關(guān)度，并統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果。至此，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云的影響探究完成。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)中，為了更好的分析大氣污染物濃度對(duì)黃土高原降水情況的影響，計(jì)算兩者間的相關(guān)度。相關(guān)度的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

如表3所示，通過(guò)分析大氣污染物質(zhì)量濃度和黃土高原降水的相關(guān)系數(shù)可知，兩者間的相關(guān)性顯著。為了進(jìn)一步驗(yàn)證大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水情況的影響，此次實(shí)驗(yàn)中，分別統(tǒng)計(jì)大氣污染物濃度對(duì)降水持續(xù)時(shí)間、降水強(qiáng)度和降水次數(shù)的影響。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。

4.1 大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水持續(xù)時(shí)間的影響

實(shí)驗(yàn)中，利用上述設(shè)定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)不同濃度大氣污染物對(duì)黃土高原年降水時(shí)間的影響。此次實(shí)驗(yàn)中，統(tǒng)計(jì)了黃土高原連續(xù)兩年的降水時(shí)間。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

如圖1所示，從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，在不同大氣污染物濃度下，黃土高原降水持續(xù)時(shí)間均存在不同。從上述圖中可以看出，黃土高原7 -9月份降水時(shí)間較長(zhǎng)，是因?yàn)樵谶@段時(shí)間內(nèi)，相對(duì)于其他月份，大氣污染物質(zhì)量濃度較低。由此，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水時(shí)間有較大的影響。

4.2 大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)中，利用上述設(shè)定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)不同濃度大氣污染物對(duì)黃土高原年降水強(qiáng)度的影響。此次實(shí)驗(yàn)中，統(tǒng)計(jì)了黃土高原連續(xù)兩年的降水強(qiáng)度。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2。

如圖2所示，從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，在不同大氣污染物濃度下，黃土高原的降水強(qiáng)度變化較大。其中，在11月到次年1月之間，黃土高原的降水強(qiáng)度較低，降水強(qiáng)度在1.1 mm/h左右，3-5月份降水強(qiáng)度存在一定波動(dòng)，7 -10月份降水強(qiáng)度較高，最大降水強(qiáng)度為7.3 mm/h，處于全年降水最高水平。由此可見(jiàn)，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水強(qiáng)度有較大的影響。

4.3 大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水次數(shù)的影響

實(shí)驗(yàn)中，利用上述設(shè)定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)不同濃度大氣污染物對(duì)黃土高原年降水次數(shù)的影響。此次實(shí)驗(yàn)中，統(tǒng)計(jì)了黃土高原連續(xù)兩年的降水次數(shù)。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖3。

如圖3所示，從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，6 -9月份黃土高原的降水次數(shù)較多，其他月份黃土高原的降水次數(shù)較少，由此可見(jiàn)，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原的降水次數(shù)有較大的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，研究致力于探究大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云物理的影響。通過(guò)對(duì)黃土高原近30年降水?dāng)?shù)據(jù)的分析，揭示了降水的分布特征，并設(shè)立不同大氣污染物質(zhì)量濃度條件下的模擬環(huán)境，進(jìn)一步計(jì)算二者之間的關(guān)聯(lián)性，并評(píng)估其影響程度。此外，深入分析了不同大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水時(shí)間、強(qiáng)度和頻次的影響。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著大氣污染物質(zhì)量濃度的增加，黃土高原的降水情況也會(huì)受到一定影響。在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由于每年的6-9月份黃土高原的大氣污染物質(zhì)量濃度較低，黃土高原的降水時(shí)間、降水強(qiáng)度和降水次數(shù)相對(duì)于全年，都有了較大的提升。由此可見(jiàn)，大氣污染物質(zhì)量濃度對(duì)黃土高原降水云物理影響較大。

基金項(xiàng)目：山西省氣象面上項(xiàng)目（SXKMSDW20246752）