大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水云物理影響研究

付亞平　李芳

摘要：針對黃土高原實際降水展開研究，探究大氣污染物質(zhì)量濃度對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)資料作為實驗數(shù)據(jù)，通過計算提取出黃土高原降水的分布特征，根據(jù)實際的大氣污染物質(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，并對其進行分析。實驗結(jié)果顯示，大氣污染物質(zhì)量濃度越低，黃土高原的降水時間、降水強度和降水次數(shù)越高。黃土高原的降水情況會受到多種因素的影響，其中，大氣污染物質(zhì)量濃度對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；實驗分析

中圖分類號：X51 文獻標志碼：A

前言

黃土高原作為中國四大高原之一，位于中國中部偏北部，年降水量受到多種因素的影響，其中大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水的影響較大。一直以來，大氣污染物質(zhì)量濃度受到人們的廣泛關(guān)注，對人體健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個方面都有直接的負面影響。同時，大氣污染物質(zhì)量濃度還會對黃土高原的降水造成影響。在以往的研究中，曾有學者針對大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水的影響展開研究，但在研究的過程中，由于對大氣污染物質(zhì)量濃度的分析不精準，導致研究效果不佳。因此，不少研究學者針對大氣污染物濃度展開了研究，并取得了一定的成果。

文獻[4]針對邯鄲市新冠疫情前后空氣質(zhì)量指數(shù)的變化，通過計算大氣污染物的濃度變化，對其進行污染物特征分析。文獻[5]統(tǒng)計疫情期間河南省空氣質(zhì)量的變化情況，探究其對河南省社會經(jīng)濟互動的影響。文獻[6]在WRF - Chem和EMI指數(shù)的作用下，對新冠肺炎期間沈陽市大氣濃度變化情況進行分析，并結(jié)合沈陽市的實際情況，分析這種變化出現(xiàn)的原因。

在以往研究的基礎(chǔ)上，文章針對大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水云物理影響展開了研究。實驗結(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

實驗以中國黃土高原為研究對象。黃土高原位于中國中部偏北地區(qū)，面積約為63.5萬平方千米。地勢較高，海拔在800米至3 000米之間，屬于中國第二級階梯。黃土顆粒細膩，土質(zhì)松軟，富含礦物質(zhì)養(yǎng)分，適合耕作。氣候為溫帶大陸性季風氣候，年氣溫變化大，降水相對較少。受西南季風和大陸氣團影響，降水主要集中在夏季，占全年80%，但白東南向西北逐漸減少。陽光充足，年蒸發(fā)量高于降水量，導致干旱氣候，水分缺乏嚴重，且有較多大風和沙塵暴天氣。

2 研究數(shù)據(jù)

文章使用國家氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的大氣污染物質(zhì)量濃度和降水數(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，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)域的多個氣象觀測站點?？紤]到黃土高原地區(qū)特點，從東南向西北選取了5個站點進行實驗，每個站點記錄的降水情況可能略有差異。表格顯示了這些站點在過去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)作為此次實驗數(shù)據(jù)，利用相關(guān)研究方法對其展開實驗，研究大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水量的影響。

3 研究方法

在此次實驗中，為了保證實驗結(jié)果的準確性，本次實驗根據(jù)黃土高原的實際情況，結(jié)合上述采集的實驗數(shù)據(jù)，模擬出黃土高原地質(zhì)環(huán)境，用于本次實驗中。在實驗中，通過設(shè)置不同的大氣污染物濃度，對大氣污染物濃度對黃土高原降水的影響進行分析。其具體研究過程如下所示。

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)，對黃土高原的降水云物理特征進行分析。首先，對黃土高原的降水情況進行研究，統(tǒng)計降水分布特征。具體分析過程如式（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)。通過上述公式，計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，對黃土高原歷年的降水量進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，確定降水量較多的時間節(jié)點，并將其模擬出來，用于后續(xù)實驗測試。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)，進行大氣污染物質(zhì)量濃度的設(shè)定。文章統(tǒng)計的大氣污染物包含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，對其進行設(shè)定。具體設(shè)定結(jié)果見表2。

如表2所示，根據(jù)黃土高原的實際情況，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)實驗測試。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)量濃度對黃土高原降水云的影響

通過上述對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)。在實驗中，先分析大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水時間和降水量的影響，再計算大氣污染物質(zhì)量濃度與黃土高原降水情況的相關(guān)度。具體計算過程如式（2）所示：

在式（2）中，α表示計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)計的次數(shù)。通過上述公式，計算出兩者間的相關(guān)度，并統(tǒng)計計算結(jié)果。至此，大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水云的影響探究完成。

4 實驗結(jié)果與討論

實驗中，為了更好的分析大氣污染物濃度對黃土高原降水情況的影響，計算兩者間的相關(guān)度。相關(guān)度的計算結(jié)果見表3。

如表3所示，通過分析大氣污染物質(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。為了進一步驗證大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水情況的影響，此次實驗中，分別統(tǒng)計大氣污染物濃度對降水持續(xù)時間、降水強度和降水次數(shù)的影響。具體實驗結(jié)果如下所示。

4.1 大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水持續(xù)時間的影響

實驗中，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)計不同濃度大氣污染物對黃土高原年降水時間的影響。此次實驗中，統(tǒng)計了黃土高原連續(xù)兩年的降水時間。具體統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。

如圖1所示，從上述統(tǒng)計結(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月份降水時間較長，是因為在這段時間內(nèi)，相對于其他月份，大氣污染物質(zhì)量濃度較低。由此，大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水時間有較大的影響。

4.2 大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水強度的影響

實驗中，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)計不同濃度大氣污染物對黃土高原年降水強度的影響。此次實驗中，統(tǒng)計了黃土高原連續(xù)兩年的降水強度。具體統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

如圖2所示，從上述統(tǒng)計結(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，黃土高原的降水強度較低，降水強度在1.1 mm/h左右，3-5月份降水強度存在一定波動，7 -10月份降水強度較高，最大降水強度為7.3 mm/h，處于全年降水最高水平。由此可見，大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水強度有較大的影響。

4.3 大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水次數(shù)的影響

實驗中，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)計不同濃度大氣污染物對黃土高原年降水次數(shù)的影響。此次實驗中，統(tǒng)計了黃土高原連續(xù)兩年的降水次數(shù)。具體統(tǒng)計結(jié)果見圖3。

如圖3所示，從上述統(tǒng)計結(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，大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原的降水次數(shù)有較大的影響。

5 結(jié)束語

綜上所述，研究致力于探究大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水云物理的影響。通過對黃土高原近30年降水數(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，進一步計算二者之間的關(guān)聯(lián)性，并評估其影響程度。此外，深入分析了不同大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水時間、強度和頻次的影響。根據(jù)上述實驗結(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受到一定影響。在上述實驗結(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，黃土高原的降水時間、降水強度和降水次數(shù)相對于全年，都有了較大的提升。由此可見，大氣污染物質(zhì)量濃度對黃土高原降水云物理影響較大。

基金項目：山西省氣象面上項目（SXKMSDW20246752）