大氣污染物質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年的氣象數據資料作為實驗數據，通過計算提取出黃土高原降水的分布特征，根據實際的大氣污染物質量濃度，設定不同的大氣污染物質量濃度環境，再計算大氣污染物質量濃度與黃土高原降水情況的相關度，并對其進行分析。實驗結果顯示，大氣污染物質量濃度越低，黃土高原的降水時間、降水強度和降水次數越高。黃土高原的降水情況會受到多種因素的影響，其中，大氣污染物質量濃度對黃土高原降水情況的物理影響較大。

關鍵詞：大氣污染物質量濃度；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，大氣污染物質量濃度受到人們的廣泛關注，對人體健康、農業生產等多個方面都有直接的負面影響。同時，大氣污染物質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量指數的變化，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]統計疫情期間河南省空氣質量的變化情況，探究其對河南省社會經濟互動的影響。文獻[6]在WRF - Chem和EMI指數的作用下，對新冠肺炎期間沈陽市大氣濃度變化情況進行分析，并結合沈陽市的實際情況，分析這種變化出現的原因。

在以往研究的基礎上，文章針對大氣污染物質量濃度對黃土高原降水云物理影響展開了研究。實驗結果證明，文章方法能夠更好地展示大氣污染物質量濃度對黃土高原降水的影響，為制定相關措施提供可靠的數據支持。

1 研究區概況

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，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，土質松軟，富含礦物質養分，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 研究數據

文章使用國家氣象數據共享網的大氣污染物質量濃度和降水數據，涵蓋了黃土高原1990年- 2019年的30年數據。數據處理時，利用相關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域的多個氣象觀測站點。考慮到黃土高原地區特點，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年的具體數據，其中降水量用字母a表示，大氣污染物質量濃度用字母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量濃度在逐年發生改變，其中，黃土高原的降水量增大，大氣污染物質量濃度也在逐漸增多。將上述數據作為此次實驗數據，利用相關研究方法對其展開實驗，研究大氣污染物質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，為了保證實驗結果的準確性，本次實驗根據黃土高原的實際情況，結合上述采集的實驗數據，模擬出黃土高原地質環境，用于本次實驗中。在實驗中，通過設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

根據上述采集的數據，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，S表示有降水記錄的年數，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值，Wj表示黃土高原降水的分布參數。通過上述公式，計算出黃土高原的分布特征。在此基礎上，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計，根據統計結果，確定降水量較多的時間節點，并將其模擬出來，用于后續實驗測試。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果作為基礎，進行大氣污染物質量濃度的設定。文章統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，根據黃土高原的不同季節下，大氣污染物質量濃度的具體情況，對其進行設定。具體設定結果見表2。

如表2所示，根據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量濃度。將上述濃度作為基礎，用于后續實驗測試。至此，大氣污染物質量濃度的設定完成。

3.3 探究大氣污染物質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，結合設定的大氣污染物濃度，分析兩者之間的關聯。在實驗中，先分析大氣污染物質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量濃度與黃土高原降水情況的相關度。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量濃度與黃土高原降水情況的相關度，di表示不同大氣污染物質量濃度下的降水情況的差值，n表示統計的次數。通過上述公式，計算出兩者間的相關度，并統計計算結果。至此，大氣污染物質量濃度對黃土高原降水云的影響探究完成。

4 實驗結果與討論

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，計算兩者間的相關度。相關度的計算結果見表3。

如表3所示，通過分析大氣污染物質量濃度和黃土高原降水的相關系數可知，兩者間的相關性顯著。為了進一步驗證大氣污染物質量濃度對黃土高原降水情況的影響，此次實驗中，分別統計大氣污染物濃度對降水持續時間、降水強度和降水次數的影響。具體實驗結果如下所示。

4.1 大氣污染物質量濃度對黃土高原降水持續時間的影響

實驗中，利用上述設定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎，統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，統計了黃土高原連續兩年的降水時間。具體統計結果如圖1所示。

如圖1所示，從上述統計結果中可以看出，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，相對于其他月份，大氣污染物質量濃度較低。由此，大氣污染物質量濃度對黃土高原降水時間有較大的影響。

4.2 大氣污染物質量濃度對黃土高原降水強度的影響

實驗中，利用上述設定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎，統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，統計了黃土高原連續兩年的降水強度。具體統計結果見圖2。

如圖2所示，從上述統計結果中可以看出，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 大氣污染物質量濃度對黃土高原降水次數的影響

實驗中，利用上述設定的不同濃度的大氣污染物濃度作為基礎，統計不同濃度大氣污染物對黃土高原年降水次數的影響。此次實驗中，統計了黃土高原連續兩年的降水次數。具體統計結果見圖3。

如圖3所示，從上述統計結果中可以看出，6 -9月份黃土高原的降水次數較多，其他月份黃土高原的降水次數較少，由此可見，大氣污染物質量濃度對黃土高原的降水次數有較大的影響。

5 結束語

綜上所述，研究致力于探究大氣污染物質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年降水數據的分析，揭示了降水的分布特征，并設立不同大氣污染物質量濃度條件下的模擬環境，進一步計算二者之間的關聯性，并評估其影響程度。此外，深入分析了不同大氣污染物質量濃度對黃土高原降水時間、強度和頻次的影響。根據上述實驗結果可知，隨著大氣污染物質量濃度的增加，黃土高原的降水情況也會受到一定影響。在上述實驗結果，由于每年的6-9月份黃土高原的大氣污染物質量濃度較低，黃土高原的降水時間、降水強度和降水次數相對于全年，都有了較大的提升。由此可見，大氣污染物質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）