辽阳市降水量及干旱指数变化特征分析
这是一篇关于降水量,SPI与SPEI指数,云模型,变化特征,辽阳市的论文, 主要内容为为了明确辽阳市旱涝变化特征,为评估、监测和预测旱涝灾害的发生提供支撑,根据辽阳市1956-2019年逐日降水量及蒸发量数据,以年、季两个时间尺度计算SPI及SPEI指数,分别采用Mann-Kendall非参数趋势检验方法、Morlet小波分析方法以及云模型理论相结合的方法进行降水SPI指数和SPEI指数的变化特征分析,揭示了辽阳市降水的年、季变化趋势,探明了不同尺度降水等级和频次变化特征,明晰了辽阳旱涝发生频率变化、周期性及随机性特征,以期提高相关部门的抵御旱涝灾害的能力,降低灾害所带来的不利影响。本文得出的主要研究结论如下:(1)辽阳市年尺度及夏、秋季节的降水量呈不同程度的减少趋势,冬季的降水量呈显著增加趋势,春季次之。降水等级以小雨为主,全年和各季的不同等级降水量对应的降水天数大部分都呈不同程度的下降趋势;降水量明显存在着2-6和6-18短周期和22-32年的长周期;年降水量集中在700 mm左右,夏季降水分布最为离散和最不均匀,而冬季相对最集中,也最均匀。(2)基于SPI和SPEI指数的分析结果表明,辽阳市1956-2019年除冬季呈显著的湿润趋势外,其余季节及年尺度均呈现干旱化显著或非常显著增加趋势。春季易发生轻度干旱和重度干旱,夏季易发生轻度干旱和中度干旱。辽阳市旱涝程度各年差异较大,均匀性较差。SPEI的春季云图中的云滴分布范围最大,云层厚度也最厚,说明春季的SPEI指数最为离散,随机性和不均匀最强。(3)三个分析指标中,SPI指数以降水为基础数据进行各种数学变换,其变化趋势、旱涝发生频率、周期随机性和降水的变化有一定的一致性;而SPEI指数则是在SPI指数的基础上,增加考虑了蒸发因素,由于该市春季多风蒸发强烈,夏季气温高蒸发量大,导致春季与夏季SPEI指数的趋势分析结果中下降趋势最大、不均匀性更强,但SPI指数和SPEI指数的周期性分析结果最为接近。
北京地区紫外辐射时间变化特征及其对气溶胶和云的响应
这是一篇关于紫外辐射,气溶胶,TUV辐射传输模式,衰减率,变化特征的论文, 主要内容为紫外辐射(Ultraviolet Radiation)是指太阳短波辐射光谱区在100~400 nm的辐射,紫外辐射制约着大气层绝大多数的光化学反应,大气中几乎所有的均相化学过程都直接或间接地与紫外辐射有关;虽然其能量在太阳辐射能中只占很小的比例(约5%左右),但由于其强烈的生物、化学效应,以及对人类健康、大气环境的影响,使紫外辐射的研究日益成为当前辐射观测研究的前沿和热门课题。但是由于紫外辐射的观测开展较晚,导致对紫外辐射长期变化特征及其成因的研究还存在明显的不足,结合辐射传输模式定量评估气溶胶对紫外辐射影响的研究也比较匮乏。为了弥补紫外辐射长期变化特征研究的不足,本文利用中国科学院大气物理研究所铁塔分部气溶胶云辐射综合观测平台2005~2020年观测的总辐射、紫外辐射、PM2.5质量浓度、常规气象要素及AERONET北京站观测的气溶胶光学特性数据,分析北京地区2005~2020年紫外辐射变化特征,揭示了气溶胶光学特征对北京地区紫外辐射变化的影响;通过利用TUV(Troposphere Ultraviolet and Visible)辐射传输模式分析紫外辐射对气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)和单次散射反照率(Single Scattering Albedo,SSA)的敏感性,定量评估了气溶胶和云对紫外辐射衰减的贡献量,为该区域气溶胶云辐射变化的研究提供科学数据支持。主要研究结果如下:1.紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈明显的单峰型,即早晚小中午大的变化规律;极大值(16.26 W/m2)出现在正午12点,而极小值(5.64 W/m2)则出现在上午8点。不同季节紫外辐射的日变化规律一致,表现为夏季>春季>秋季>冬季的特征,但日均值和极值有较大差异。春夏秋冬紫外辐射的日均值依次为14.61 W/m2、15.52 W/m2、9.77W/m2、6.37 W/m2;夏季紫外辐射日变化的极小值(9.91 W/m2),基本与冬季紫外辐射的极大值(10.11 W/m2)相持平;夏季紫外辐射的极大值(20.35 W/m2)趋近于冬季紫外辐射极大值的2倍。紫外辐射的季节变化规律为:春夏强,秋冬弱,极大值和极小值分别出现在6月(12.17 W/m2)和12月(5.40 W/m2)。2.2005~2020年北京地区紫外辐射多年呈现波动变化,整体上略有上升。北京地区紫外辐射与晴空指数变化趋势基本一致,它们存在正相关关系,相关性系数R为0.85。紫外辐射与气溶胶光学厚度(AOD)出现反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.7。北京地区紫外辐射与PM2.5也呈现出反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.83。3.利用TUV辐射传输模式结合原位观测数据定量评估气溶胶和云对到达地面的紫外辐射衰减的贡献;进行敏感性分析发现紫外辐射对AOD的变化更敏感,将SSA固定为0.9,当AOD从0.2增加到1.0时,紫外辐射从21.16 W/m2减小到12.64 W/m2;而当AOD维持0.64时,SSA从0.7增加到0.95,紫外辐射从14.55 W/m2增加到19.91 W/m2。2005~2020年气溶胶和云对紫外辐射衰减率的年均值分别为30.64%、40.22%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的月均值分别为30.48%、42.04%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的日均值分别为31.02%、50.45%。
兰州市大气颗粒物的化学组成及来源解析
这是一篇关于兰州市,大气颗粒物,变化特征,化学组分,来源解析的论文, 主要内容为大气颗粒物不仅参与云雨形成过程,降低大气能见度、改变大气辐射,进而影响全球气候,还可以危害人体健康。近年来工业化、城市化的进程不断加快,我国的颗粒物污染问题持续加剧。兰州市作为西北的老工业城市,污染形式仍十分严峻。本研究选取兰州市城关区兰州大学盘旋路校区作为采样点,采集了2020年5月—2021年4月的大气颗粒物样品,通过仪器测定样品的化学组分,分析大气颗粒物质量浓度及其化学成分的组分的季节变化特征,同时对比分析了不同天气事件下大气颗粒物及其化学组分的区别,最后利用后向气团轨迹、潜在源区贡献法、权重轨迹浓度法以及正定矩阵因子法等多种方法解析了大气颗粒物的主要来源。数据结果显示,兰州市大气颗粒物质量浓度呈现昼低夜高的昼夜特征,并均超过了TSP年均值国家二级标准,说明兰州市大气污染仍较为严重。大气颗粒物总体呈碱性,其化学组分主要包括有机物、EC、水溶性离子以及其它未知成分,各化学组分季节特征显著。其中碳质组分受多种因素影响呈现秋冬高春夏低的季节特征,在整个采样期间均有二次碳组分生成;水溶性离子质量浓度按质量浓度排序为NO3->SO42->Cl-;Ca2+>NH4+>Na+>K+>Mg2+,二次离子以不同形态存在,是水溶性离子中重要的组分,均呈现昼高夜低的昼夜特征,但不同季节天气事件和气象条件的差异造就了不同的季节特征,NO3-/SO42-比值说明兰州市大气颗粒物以移动源为主;大气颗粒物中官能团主要由3400—3700 cm-1的羟基等有机部分、离子和与沙尘、石英滤膜相关等无机部分组成,季节特征显著。光谱聚类显示样品主要来自交通排放、二次气溶胶和化石燃料的燃烧、生物质燃烧、沙尘源和土壤源;不同天气事件下兰州市大气颗粒物质量浓度及其化学组分差异显著。PMF源解析确定了兰州市大气颗粒物6个主要来源:道路扬尘源、二次气溶胶源、生物质燃烧源、燃煤源、交通源和土壤扬尘源。气团聚类表明兰州市大气颗粒物主要来源于西北方、西方的远距离传输和本地气团,潜在源区为沙尘源地对应的潜在贡献带和本地区域,二者对兰州市的大气颗粒物质量浓度起到很大的贡献。以上结果表明,兰州市大气污染仍较为严重,在指定防控对策时应对上述来源以及区域联防联控给予更多关注,这对改善兰州市的大气环境质量具有重要意义。
辽阳市降水量及干旱指数变化特征分析
这是一篇关于降水量,SPI与SPEI指数,云模型,变化特征,辽阳市的论文, 主要内容为为了明确辽阳市旱涝变化特征,为评估、监测和预测旱涝灾害的发生提供支撑,根据辽阳市1956-2019年逐日降水量及蒸发量数据,以年、季两个时间尺度计算SPI及SPEI指数,分别采用Mann-Kendall非参数趋势检验方法、Morlet小波分析方法以及云模型理论相结合的方法进行降水SPI指数和SPEI指数的变化特征分析,揭示了辽阳市降水的年、季变化趋势,探明了不同尺度降水等级和频次变化特征,明晰了辽阳旱涝发生频率变化、周期性及随机性特征,以期提高相关部门的抵御旱涝灾害的能力,降低灾害所带来的不利影响。本文得出的主要研究结论如下:(1)辽阳市年尺度及夏、秋季节的降水量呈不同程度的减少趋势,冬季的降水量呈显著增加趋势,春季次之。降水等级以小雨为主,全年和各季的不同等级降水量对应的降水天数大部分都呈不同程度的下降趋势;降水量明显存在着2-6和6-18短周期和22-32年的长周期;年降水量集中在700 mm左右,夏季降水分布最为离散和最不均匀,而冬季相对最集中,也最均匀。(2)基于SPI和SPEI指数的分析结果表明,辽阳市1956-2019年除冬季呈显著的湿润趋势外,其余季节及年尺度均呈现干旱化显著或非常显著增加趋势。春季易发生轻度干旱和重度干旱,夏季易发生轻度干旱和中度干旱。辽阳市旱涝程度各年差异较大,均匀性较差。SPEI的春季云图中的云滴分布范围最大,云层厚度也最厚,说明春季的SPEI指数最为离散,随机性和不均匀最强。(3)三个分析指标中,SPI指数以降水为基础数据进行各种数学变换,其变化趋势、旱涝发生频率、周期随机性和降水的变化有一定的一致性;而SPEI指数则是在SPI指数的基础上,增加考虑了蒸发因素,由于该市春季多风蒸发强烈,夏季气温高蒸发量大,导致春季与夏季SPEI指数的趋势分析结果中下降趋势最大、不均匀性更强,但SPI指数和SPEI指数的周期性分析结果最为接近。
石家庄地区地温变化特征的研究
这是一篇关于石家庄,地面温度,浅层地温,草面温度,变化特征,农业影响的论文, 主要内容为随着全球气候变暖,引起气候变化的重要因子一陆地下垫面过程受到了人们的广泛关注。石家庄地区农业经济在其产业结构中占有重要地位,该区作为一个环境单元,处于山区到平原的过渡地带,地形地貌复杂多样,在这种特殊的地理和地形条件下,在经历了快速城市化阶段之后,该区近地表层温度的时空演变,以及近地表层温度对当地农业的影响值得去深入研究。 利用石家庄地区5个观测站1961-2010年逐日地面温度、1981-2010年逐日浅层地温、2008年~2010年逐日草面温度观测数据和1985年~2010年主要农作物单产数据,利用距平、变率和线性趋势研究分析了该区近地表层温度的时空演变特征,利用Mann—Kendall突变检验法分析地面温度和浅层地温的气候突变,利用Morlet小波变换分析地面温度和浅层地温的变化周期,通过分析近50年气温、.降水、风速、日照时数和总云量与地面温度的相关性,近30年降水、冻王与浅层地温的相关性,以及浅层地温与主要农作物历年单产的相关性,初步探讨该区地面温度和浅层地温对气候的响应,以及浅层地温对当地主要农作物播种和生长发育的影响。主要结论如下: 近50年,年平均地面温度波动幅度最小,其中春季波动幅度最大,年平均地面温度日较差波动幅度最大,其中冬季波动幅度最大;年平均地面温度呈现弱的增温趋势,其中冬季增温趋势显著,夏季降温趋势显著,年平均最高地面温度呈现显著降温趋势,其中夏季降温趋势最为显著,年平均最低地面温度呈现显著增温趋势,其中冬季增温趋势最为显著,年平均地面温度日较差呈现显著减小趋势,其中冬季减小趋势最为显著。白天波动幅度最大;夜间、早上和傍晚平均地面温度呈现显著升温趋势,白天降温趋势显著。最高地面温度在21世纪初明显降温为突变现象。平均地面温度50年来存在准20a的低频振荡周期和6-8a的高频振荡周期,其中低频振荡周期短于平均气温(准23a),可能对气候指示更具敏感性。气温在年和各季节对平均地面温度的正相关性最强,日照时数对春、夏季平均地面温度的正相关性较强,风速对夏季平均地面温度的正相关性较强;降水量对春、夏、秋季平均地面温度的负相关性较强,总云量对春、夏季平均地面温度的负相关性较强,风速和日照时数对冬季平均地面温度的负相关性较强。 近30年,年平均浅层地温波动幅度大,其中春季和夏季波动幅度较大;年平均浅层地温呈现增温趋势,其中冬季呈现显著增温趋势。日平均浅层地温波动幅度大,早上波动幅度最小;夜间平均5cm和10cm地温随深度加深增温显著性增强;早上平均浅层地温随深度加深增温趋势由强变弱;白天平均浅层地温均为弱增温趋势;傍晚平均浅层地温随深度加深由弱降温趋势变为弱增温趋势。年平均浅层地温均没有发生突变现象。平均浅层地温30年来存在9-10a的低频振荡周期和4-6a的高频振荡周期,与平均气温周期(存在准23a的低频振荡周期和5-8a的高频振荡周期)相比,平均浅层地温对气候指示更具敏感性。降水量、最大冻土深度和封冻期与浅层地温互为负相关性,降水量对春、夏、秋季浅层地温的负相关性较强,最大冻土深度和封冻期对冬季浅层地温的负相关性较强。 一年中,2月~7月各月草面温度呈升高趋势,8月-次年1月各月草面温度呈下降趋势;一日中,06时~13时各时次草面温度呈升高趋势,14时~次日05时各时次草面温度呈下降趋势。各地区逐月平均草面温度上半年升幅较缓慢,下半年降幅较快;日平均草面温度的离散程度之年变化呈现三峰型,即春季双峰型、秋季单峰型。在不同的季节、不同的天气条件下,草面温度与地面温度、浅层地温、气温的变化关系也不尽相同,草面温度与地面温度、气温的春夏两季平均绝对差值较大,秋冬两季较小。 近26年,蔬菜单产波动最为剧烈,棉花单产波动最弱;大部分农作物呈现显著增产趋势,其中蔬菜、小麦和花生单位面积产量增产趋势最为显著。玉米和棉花单产出现突变现象。主要农作物均存在10-14年的低频振荡周期,在浅层地温低频振荡周期之后延长并滞后5年左右。冬季平均5cm、10cm地温对冬小麦安全越冬影响较大,春季平均浅层地温对冬小麦生长发育、棉花和花生播种出苗影响较大,夏季平均浅层地温变化趋势有利于夏玉米和棉花,但不利于大豆和花生的生长发育。
北京地区紫外辐射时间变化特征及其对气溶胶和云的响应
这是一篇关于紫外辐射,气溶胶,TUV辐射传输模式,衰减率,变化特征的论文, 主要内容为紫外辐射(Ultraviolet Radiation)是指太阳短波辐射光谱区在100~400 nm的辐射,紫外辐射制约着大气层绝大多数的光化学反应,大气中几乎所有的均相化学过程都直接或间接地与紫外辐射有关;虽然其能量在太阳辐射能中只占很小的比例(约5%左右),但由于其强烈的生物、化学效应,以及对人类健康、大气环境的影响,使紫外辐射的研究日益成为当前辐射观测研究的前沿和热门课题。但是由于紫外辐射的观测开展较晚,导致对紫外辐射长期变化特征及其成因的研究还存在明显的不足,结合辐射传输模式定量评估气溶胶对紫外辐射影响的研究也比较匮乏。为了弥补紫外辐射长期变化特征研究的不足,本文利用中国科学院大气物理研究所铁塔分部气溶胶云辐射综合观测平台2005~2020年观测的总辐射、紫外辐射、PM2.5质量浓度、常规气象要素及AERONET北京站观测的气溶胶光学特性数据,分析北京地区2005~2020年紫外辐射变化特征,揭示了气溶胶光学特征对北京地区紫外辐射变化的影响;通过利用TUV(Troposphere Ultraviolet and Visible)辐射传输模式分析紫外辐射对气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)和单次散射反照率(Single Scattering Albedo,SSA)的敏感性,定量评估了气溶胶和云对紫外辐射衰减的贡献量,为该区域气溶胶云辐射变化的研究提供科学数据支持。主要研究结果如下:1.紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈明显的单峰型,即早晚小中午大的变化规律;极大值(16.26 W/m2)出现在正午12点,而极小值(5.64 W/m2)则出现在上午8点。不同季节紫外辐射的日变化规律一致,表现为夏季>春季>秋季>冬季的特征,但日均值和极值有较大差异。春夏秋冬紫外辐射的日均值依次为14.61 W/m2、15.52 W/m2、9.77W/m2、6.37 W/m2;夏季紫外辐射日变化的极小值(9.91 W/m2),基本与冬季紫外辐射的极大值(10.11 W/m2)相持平;夏季紫外辐射的极大值(20.35 W/m2)趋近于冬季紫外辐射极大值的2倍。紫外辐射的季节变化规律为:春夏强,秋冬弱,极大值和极小值分别出现在6月(12.17 W/m2)和12月(5.40 W/m2)。2.2005~2020年北京地区紫外辐射多年呈现波动变化,整体上略有上升。北京地区紫外辐射与晴空指数变化趋势基本一致,它们存在正相关关系,相关性系数R为0.85。紫外辐射与气溶胶光学厚度(AOD)出现反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.7。北京地区紫外辐射与PM2.5也呈现出反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.83。3.利用TUV辐射传输模式结合原位观测数据定量评估气溶胶和云对到达地面的紫外辐射衰减的贡献;进行敏感性分析发现紫外辐射对AOD的变化更敏感,将SSA固定为0.9,当AOD从0.2增加到1.0时,紫外辐射从21.16 W/m2减小到12.64 W/m2;而当AOD维持0.64时,SSA从0.7增加到0.95,紫外辐射从14.55 W/m2增加到19.91 W/m2。2005~2020年气溶胶和云对紫外辐射衰减率的年均值分别为30.64%、40.22%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的月均值分别为30.48%、42.04%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的日均值分别为31.02%、50.45%。
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