2001～2016年东北积雪黑碳浓度和雪粒径时空变化特征分析

发布时间：2020-10-30 01:55

　　 雪中的黑碳和雪粒径对地表反照率的改变和产生的辐射强迫效应,是目前学术界关注的热点之一,而弄清楚雪中黑碳的浓度和雪粒径的大小,是准确评价其对雪冰反照率的影响及其辐射强迫效应的关键。本文基于MOD09GA地面反射率数据,采用渐进辐射传输模型(Asymptotic radiative transfer theory,ART模型),利用双通道算法,模拟了2001~2016年东北地区表层积雪黑碳(BC)浓度和雪粒径,并分析了积雪BC浓度和雪粒径的时空分布及其变化特征。结果表明:(1)2001~2016年东北年均BC浓度分布在1098.927ng/g~1257.300ng/g之间上下浮动,平均值为1197.468ng/g,年增长量为5.133ng/g,呈不显著增加趋势,变异系数为0.034。冬季各月间BC浓度也存在差异,16年的模拟结果均是12月份BC浓度最大,平均值在1200ng/g以上,其次为1月份、2月份,分别为1248.619ng/g、983.635ng/g。3个省会城市在2001~2016年期间积雪BC浓度均呈不显著上升趋势,相比长春(7.914ng·g~(-1)·a~(-1))和沈阳(7.795ng·g~(-1)·a~(-1)),哈尔滨市BC浓度增加速度最快,为8.124ng·g~(-1)·a~(-1)。(2)东北积雪BC浓度总体呈现出北部高、南部低的空间分布特性,值域分布在310ng/g~1561ng/g之间。辽宁省、吉林省和黑龙江省积雪BC浓度平均值分别为788.960ng/g、962.440ng/g和1103.617ng/g。东北积雪BC浓度总体上存在两个高值区域,分别是由大庆、齐齐哈尔、黑河组成的工业走廊及由鹤岗、佳木斯、双鸭山等市组成的煤炭-森林工业产区,积雪BC浓度均在1200ng/g以上。小兴安岭、长白山地区是积雪BC浓度相对低值区,平均值在900ng/g以下。12月、1月和2月高值区同样分布在这两个中心,另外12月份时,大兴安岭地区也是一个高值区。(3)2001~2016年东北81.805%地区积雪BC浓度呈增加趋势,增加区域主要集中在黑龙江省的北部和中部、吉林省的大部以及辽宁省的西部和东部。增加幅度最大的区域分布在大兴安岭地区、黑河东部、伊春市、延边自治州、通化市东南部、阜新市、葫芦岛市等地,其增速在50~94.306ng·g~(-1)·a~(-1)之间。显著增加区域占总面积的6.975%,主要分布在大兴安岭地区东北部、黑河市东部、伊春市北部边缘、双鸭山市东南部。东北积雪BC浓度减少区域占总面积的18.195%,集中分布在黑龙江省东部和西南部、吉林省西部以及辽宁省中西部和南部,减少幅度最大的区域分布在鹤岗市东部、齐齐哈尔市南部、白城市西部、朝阳市、锦州市和大连市等地区,减少幅度在-43.962~-6ng·g~(-1)·a~(-1)之间。(4)小兴安岭、长白山等山区由于海拔较高,人类活动影响小,因此为积雪黑碳浓度低值区。沈阳、长春、哈尔滨、大庆等地区城市规模大、工业生产集中以及人口密度大,因此为积雪黑碳浓度高值区。齐齐哈尔北部、黑河南部和绥化北部区域城市规模扩大,人口密度和能源使用量增加,导致该区域积雪黑碳浓度显著增加。东北冬季风速整体偏低,大气的层结整体相对稳定,污染物不易扩散,因此东北积雪黑碳浓度较高。尤其是黑龙江省中部和北部地区,大气层结稳定,加上地形影响,污染物不易扩散,导致齐齐哈尔北部、黑河南部和绥化北部为东北积雪黑碳浓度高值中心。(5)2001~2016年东北年均雪粒径分布在430.830~452.384μm之间上下浮动,平均值为440.823μm,年增长量为0.259μm/a,呈不显著增加趋势,变异系数为0.014。冬季各月间雪粒径也存在差异,16年的模拟结果表明12月份雪粒径最大,平均值为453.923μm,其次为1月份、2月份,分别为450.768μm、417.777μm。东北三省黑、吉、辽积雪雪粒径均呈不显著增加趋势,增加速率分别为0.312μm/a、0.198μm/a和0.201μm/a。(6)东北雪粒径总体呈现出北部高、南部低的空间分布特性,值域分布在380.248μm~497.141μm之间。辽宁省、吉林省和黑龙江省积雪雪粒径平均值分别为418.201μm、429.193μmg和440.437μm。雪粒径高值区分布在绥化、齐齐哈尔、黑河等地区及鹤岗、佳木斯、双鸭山等地区,积雪雪粒径均在448.550μm以上。小兴安岭、长白山、辽宁省东部和西部丘陵地区是雪粒径相对低值区,平均值在416μm以下。(7)2001~2016年东北49.978%地区雪粒径呈增加趋势,增加区域主要集中在黑龙江省的北部地区和中部地区、吉林省中东部以及辽宁省的大部。增加幅度最大的区域分布在大兴安岭地区、黑河东部、伊春市、延边朝鲜族自治州、白山市、葫芦岛市、鞍山市南部、营口市中南部和大连市等地,其增速在2.206μm/a~9.223μm/a之间。显著增加区域占总面积的4.494%,主要分布在大兴安岭地区东北部、黑河市东部、牡丹江中部和北部。东北雪粒径减少区域占总面积的50.022%,集中分布在东北东部和中西部,减少幅度最大的区域分布在鸡西市、白城市、松原市、阜新市等地区,减少幅度在-8.232~-1μm/aμm/a之间。显著减少区域主要分布在哈尔滨市西部,白城市南部、锦州市北部、阜新市中部。
【学位单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P426.63
【部分图文】：

技术路线图

2.1 研究区概况本文研究区是中国东北地区，包括黑龙江省、吉林省和辽宁省，处于 37～53oＮ，115～135oＥ之间（如图 2-1），属于温带季风气候，但由于纬度高，冬季寒冷漫长，夏季温暖而短促，蒸发相对较小，属于气候湿润区。东北地区是我国第二大稳定积雪区，是稳定积雪区范围及平均积雪深度最大的地区，积雪期从南到北长达 30～190d[71]，东北地区年累积积雪深度为 498cm[72]，以其积雪年均储量大和年际变率最明显而区别于其它积雪区[73]。东北地区也是中国的重工业基地，石油、天然气、煤炭资源丰富，钢铁、机械装备制造等重型工矿企业众多，资源开发利用的过程中污染排放量大，所排放的污染物种类多且相互叠加。能量来源主要是化石燃料，比如煤炭、石油，而在广大偏远的农村地区，主要以生物燃料为主，因技术的欠缺导致燃烧方式相对比较落后。加上城市地区，机动车辆尾气排放量持续增加，因此东北地区大气气溶胶的主要成分是黑碳。

第 3 章 数据的来源与处理收集雪样，“左”和“右”表示部分包含潜在的小尺度变精度。在每个站点，从几个深度的单个雪坑收集样本，以积的雪。将采集的雪样放入 Whirl pak 塑料袋中，保存在持固体状态，直至到临时实验室过滤时。有时，在运输过需要纠正塑料袋的损失[53]。
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本文编号：2861796