华北地区冬季能见度的时空分布特征及其影响因子研究

发布时间：2020-11-18 08:08

　　 华北地区是我国经济规模最大、最具活力的地区之一。近年来该地区冬季低能见度天气现象频发,对人们的生产生活和身心健康造成严重的影响。因此,研究华北地区冬季能见度的时空分布,并分析其成因,对认识该地区大气能见度的演变特征和提高能见度的预报准确率具有重要意义。本文利用华北地区55个站点的常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和近年来部分站点的环境质量数据,首先对华北地区冬季能见度的空间分布和长期变化特征进行了分析,并对其影响因子进行了探讨,然后以华北地区6个代表站为例分析了环境气象要素和地面环流对冬季能见度的影响。结果表明:(1)华北地区冬季平均能见度的空间分布总体上呈北高南低的经向分布,河北南部、山西中部、山东西部以及河南中部为4个平均能见度低值中心。冬季55个站点整体平均能见度以-0.24 km/10a的倾向率下降,但趋势并不显著且波动变化特征明显。(2)冬季低能见度日数的空间分布同平均能见度基本一致。华北地区北部高原区域以沙尘为主,东部沿海区域以雾为主,山西大部以及呼和浩特-张家口-北京-承德沿线站点以霾为主,其他区域雾、霾两者占比相当。55个站点平均低能见度日数的长期变化表现出4个明显阶段,雾、霾日数在阶段性变化中起主导作用,而沙尘日数的作用并不明显。(3)在20世纪90年代中期以后,北京及其周边站点的冬季能见度经历了上升过程,而其他站点大多呈反相变化,这种因地而异的趋势变化与前者污染物排放量的减少和后者排放量的增加关系显著。除趋势变化外,华北地区冬季能见度存在时间尺度为12 a的低频波动,这与冬季风强度呈显著的正相关关系。时间尺度为5 a的高频波动变化则主要受温度、相对湿度、风速等局地气象要素长期变化的影响,且这种影响在呼和浩特-张家口-承德一线南北两侧存在差异。(4)华北地区冬季存在9种主要地面环流型,其中,C、E、SE型为全区性低能见度环流型,A、N、AN型为全区性高能见度环流型,NE、AE、ANE型对不同代表站能见度的影响存在局地差异。相对湿度和PM_(2.5)浓度是直接影响能见度的主要因子,低能见度环流型对应高湿度、高PM_(2.5)浓度,而高能见度环流型对应低湿度、低PM_(2.5)浓度。基于地面环流指数的判别分析显示,将能见度分为5级时,6个代表站的判别分析总体正确率在60%左右,将能见度分为两级时,判别分析总体正确率在80%左右,判别效果较好,对于低能见度现象频发的站点,判别模型对低能见度的识别能力更强。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P427.2
【部分图文】：

兰州大学硕士学位论文华北地区冬季能见度的时空分布特征及其影响因子研究6第二章数据与方法2.1研究区域在一级气象地理区划中，华北地区包括：山西、河北、北京、天津4省市以及河南、山东两省黄河以北地区；在政治经济层面则包含：北京、天津、河北、山西和内蒙古5个省级行政单位。为便于研究，本文研究区域自秦岭-淮河一线向北直至内蒙古中部（34~45°N，110~120°E）。该地区主要表现为温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。其中内蒙古中部位于华北北部平均海拔较高、地广人稀，人类活动规模较低；山西省位于华北西部，地处山地，地形起伏较大，人类活动规模居中；京津冀、山东西部、河南北部等地地形较为平坦，海拔较低，人口稠密，人类活动频繁，是我国北方经济规模最大、最具活力的地区。在冬季能见度时空分布的研究中共选取了55个常规地面气象观测站，研究区域及所选站点位置分布如图2-1所示，站点分布总体上比较均匀。图2-1研究区域及55个常规气象站分布图

兰州大学硕士学位论文华北地区冬季能见度的时空分布特征及其影响因子研究12ζ<0时，定义为反气旋（高压）环流A型。平直气流型：当||<时，定义为平直气流型。其中，<22.5°或>337.5°时为N型；22.5°<<67.5°时为NE型；67.5°<<112.5°时为E型；112.5°<<157.5°时为SE型；157.5°<<202.5°时为S型；202.5°<<247.5°时为SW型；247.5°<<292.5°时为W型；292.5°<<337.5°时为NW型。混合型：<||<2且ζ>0时定义为气旋（低压）控制下的混合型。其中，<22.5°或>337.5°时为CN型；22.5°<<67.5°时为CNE型；67.5°<<112.5°时为CE型；112.5°<<157.5°时为CSE型；157.5°<<202.5°时为CS型；202.5°<<247.5°时为CSW型；247.5°<<292.5°时为CW型；292.5°<<337.5°时为CNW型。<||<2且ζ<0时定义为反气旋（高压）控制下的混合型。其中，<22.5°或>337.5°时为AN型；22.5°<<67.5°时为ANE型；67.5°<<112.5°时为AE型；112.5°<<157.5°时为ASE型；157.5°<<202.5°时为AS型；202.5°<<247.5°时为ASW型；247.5°<<292.5°时为AW型；292.5°<<337.5°时为ANW型。此外，当<6且||<6时，视为分型模糊无定义UD。由此共得到27种环流类型。图2-2环流分型区域及取点示意图2.3.7贝叶斯判别分析判别分析用于判断一个样品的所属类型，是一种运用广泛的统计分析方法[66]。

兰州大学硕士学位论文华北地区冬季能见度的时空分布特征及其影响因子研究14第三章华北地区冬季能见度的时空分布特征3.1平均能见度的空间分布特征本文研究区域（34~45°N，110~120°E）东到山东半岛西部，西至晋陕交界，南抵秦岭-淮河一线，北达内蒙古中部高原，整个区域1981~2017年冬季平均能见度为19.4km。区域内包含了高原、山地、平原，地形较为复杂，加之区域内既有人口密度、经济发展水平较高的京津冀地区，又有人口较为稀少、经济发展水平较低的内蒙古中部地区，因此受自然、人为因素的多重影响，区域内不同地区多年冬季平均能见度空间分布并不一致。图3-1a显示了研究区域内55个站点1981~2017年冬季平均能见度的空间分布情况，总体而言呈现出北高南低的经向分布特征。华北北部的高原地区冬季平均能见度在28km以上，是整个研究区域冬季平均能见度最高的地区；呼和浩特-张家口-承德一线以南冬季平均能见度普遍在20km以下，河北南部的邢台、山西中部的太原、山东西部的济宁以及河南中部的郑州为四个平均能见度低值中心，多年冬季平均能见度在12km以下，其中邢台的平均能见度最低，仅为9km。图3-11981~2017年华北地区（a）冬季平均能见度分布和（b）冬季平均与年平均能见度差值分布
【参考文献】

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本文编号：2888508