大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理影响研究

付亚平　李芳

摘要：针对黄土高原实际降水展开研究，探究大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的影响程度。将黄土高原1990年- 2019年共30年的气象数据资料作为实验数据，通过计算提取出黄土高原降水的分布特征，根据实际的大气污染物质量浓度，设定不同的大气污染物质量浓度环境，再计算大气污染物质量浓度与黄土高原降水情况的相关度，并对其进行分析。实验结果显示，大气污染物质量浓度越低，黄土高原的降水时间、降水强度和降水次数越高。黄土高原的降水情况会受到多种因素的影响，其中，大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的物理影响较大。

关键词：大气污染物质量浓度；黄土高原；高原降水；物理影响；实验分析

中图分类号：X51 文献标志码：A

前言

黄土高原作为中国四大高原之一，位于中国中部偏北部，年降水量受到多种因素的影响，其中大气污染物质量浓度对黄土高原降水的影响较大。一直以来，大气污染物质量浓度受到人们的广泛关注，对人体健康、农业生产等多个方面都有直接的负面影响。同时，大气污染物质量浓度还会对黄土高原的降水造成影响。在以往的研究中，曾有学者针对大气污染物质量浓度对黄土高原降水的影响展开研究，但在研究的过程中，由于对大气污染物质量浓度的分析不精准，导致研究效果不佳。因此，不少研究学者针对大气污染物浓度展开了研究，并取得了一定的成果。

文献[4]针对邯郸市新冠疫情前后空气质量指数的变化，通过计算大气污染物的浓度变化，对其进行污染物特征分析。文献[5]统计疫情期间河南省空气质量的变化情况，探究其对河南省社会经济互动的影响。文献[6]在WRF - Chem和EMI指数的作用下，对新冠肺炎期间沈阳市大气浓度变化情况进行分析，并结合沈阳市的实际情况，分析这种变化出现的原因。

在以往研究的基础上，文章针对大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理影响展开了研究。实验结果证明，文章方法能够更好地展示大气污染物质量浓度对黄土高原降水的影响，为制定相关措施提供可靠的数据支持。

1 研究区概况

实验以中国黄土高原为研究对象。黄土高原位于中国中部偏北地区，面积约为63.5万平方千米。地势较高，海拔在800米至3 000米之间，属于中国第二级阶梯。黄土颗粒细腻，土质松软，富含矿物质养分，适合耕作。气候为温带大陆性季风气候，年气温变化大，降水相对较少。受西南季风和大陆气团影响，降水主要集中在夏季，占全年80%，但白东南向西北逐渐减少。阳光充足，年蒸发量高于降水量，导致干旱气候，水分缺乏严重，且有较多大风和沙尘暴天气。

2 研究数据

文章使用国家气象数据共享网的大气污染物质量浓度和降水数据，涵盖了黄土高原1990年- 2019年的30年数据。数据处理时，利用相关软件分析了黄土高原的降水边界并确定了降水中心。为深入分析降水情况，选择了覆盖黄土高原不同区域的多个气象观测站点。考虑到黄土高原地区特点，从东南向西北选取了5个站点进行实验，每个站点记录的降水情况可能略有差异。表格显示了这些站点在过去30年的具体数据，其中降水量用字母a表示，大气污染物质量浓度用字母b表示。

如表1所示，从上述表中可以看出，在1990年- 2019年这30年的时间里，黄土高原的降水量及大气污染物质量浓度在逐年发生改变，其中，黄土高原的降水量增大，大气污染物质量浓度也在逐渐增多。将上述数据作为此次实验数据，利用相关研究方法对其展开实验，研究大气污染物质量浓度对黄土高原降水量的影响。

3 研究方法

在此次实验中，为了保证实验结果的准确性，本次实验根据黄土高原的实际情况，结合上述采集的实验数据，模拟出黄土高原地质环境，用于本次实验中。在实验中，通过设置不同的大气污染物浓度，对大气污染物浓度对黄土高原降水的影响进行分析。其具体研究过程如下所示。

3.1 黄土高原降水云物理特征分析

根据上述采集的数据，对黄土高原的降水云物理特征进行分析。首先，对黄土高原的降水情况进行研究，统计降水分布特征。具体分析过程如式（1）所示：

在式（1）中，H（x）表示黄土高原降水情况的分布特征，nj表示在某一年中，黄土高原降水的次数，S表示有降水记录的年数，x表示黄土高原降水的观测值，Cj表示黄土高原降水的加权值，Wj表示黄土高原降水的分布参数。通过上述公式，计算出黄土高原的分布特征。在此基础上，为了更好地分析黄土高原的降水情况，对黄土高原历年的降水量进行统计，根据统计结果，确定降水量较多的时间节点，并将其模拟出来，用于后续实验测试。至此，黄土高原降水云物理特征的分析完成。

3.2 设定不同浓度的大气污染物

将上述黄土高原降水云物理特征的分析结果作为基础，进行大气污染物质量浓度的设定。文章统计的大气污染物包含PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧等六种气体，根据黄土高原的不同季节下，大气污染物质量浓度的具体情况，对其进行设定。具体设定结果见表2。

如表2所示，根据黄土高原的实际情况，模拟出黄土的一年中不同月份的大气污染物质量浓度。将上述浓度作为基础，用于后续实验测试。至此，大气污染物质量浓度的设定完成。

3.3 探究大气污染物质量浓度对黄土高原降水云的影响

通过上述对黄土高原降水云物理特征的分析，结合设定的大气污染物浓度，分析两者之间的关联。在实验中，先分析大气污染物质量浓度对黄土高原降水时间和降水量的影响，再计算大气污染物质量浓度与黄土高原降水情况的相关度。具体计算过程如式（2）所示：

在式（2）中，α表示计算出的大气污染物质量浓度与黄土高原降水情况的相关度，di表示不同大气污染物质量浓度下的降水情况的差值，n表示统计的次数。通过上述公式，计算出两者间的相关度，并统计计算结果。至此，大气污染物质量浓度对黄土高原降水云的影响探究完成。

4 实验结果与讨论

实验中，为了更好的分析大气污染物浓度对黄土高原降水情况的影响，计算两者间的相关度。相关度的计算结果见表3。

如表3所示，通过分析大气污染物质量浓度和黄土高原降水的相关系数可知，两者间的相关性显著。为了进一步验证大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的影响，此次实验中，分别统计大气污染物浓度对降水持续时间、降水强度和降水次数的影响。具体实验结果如下所示。

4.1 大气污染物质量浓度对黄土高原降水持续时间的影响

实验中，利用上述设定的不同浓度的大气污染物浓度作为基础，统计不同浓度大气污染物对黄土高原年降水时间的影响。此次实验中，统计了黄土高原连续两年的降水时间。具体统计结果如图1所示。

如图1所示，从上述统计结果中可以看出，在不同大气污染物浓度下，黄土高原降水持续时间均存在不同。从上述图中可以看出，黄土高原7 -9月份降水时间较长，是因为在这段时间内，相对于其他月份，大气污染物质量浓度较低。由此，大气污染物质量浓度对黄土高原降水时间有较大的影响。

4.2 大气污染物质量浓度对黄土高原降水强度的影响

实验中，利用上述设定的不同浓度的大气污染物浓度作为基础，统计不同浓度大气污染物对黄土高原年降水强度的影响。此次实验中，统计了黄土高原连续两年的降水强度。具体统计结果见图2。

如图2所示，从上述统计结果中可以看出，在不同大气污染物浓度下，黄土高原的降水强度变化较大。其中，在11月到次年1月之间，黄土高原的降水强度较低，降水强度在1.1 mm/h左右，3-5月份降水强度存在一定波动，7 -10月份降水强度较高，最大降水强度为7.3 mm/h，处于全年降水最高水平。由此可见，大气污染物质量浓度对黄土高原降水强度有较大的影响。

4.3 大气污染物质量浓度对黄土高原降水次数的影响

实验中，利用上述设定的不同浓度的大气污染物浓度作为基础，统计不同浓度大气污染物对黄土高原年降水次数的影响。此次实验中，统计了黄土高原连续两年的降水次数。具体统计结果见图3。

如图3所示，从上述统计结果中可以看出，6 -9月份黄土高原的降水次数较多，其他月份黄土高原的降水次数较少，由此可见，大气污染物质量浓度对黄土高原的降水次数有较大的影响。

5 结束语

综上所述，研究致力于探究大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理的影响。通过对黄土高原近30年降水数据的分析，揭示了降水的分布特征，并设立不同大气污染物质量浓度条件下的模拟环境，进一步计算二者之间的关联性，并评估其影响程度。此外，深入分析了不同大气污染物质量浓度对黄土高原降水时间、强度和频次的影响。根据上述实验结果可知，随着大气污染物质量浓度的增加，黄土高原的降水情况也会受到一定影响。在上述实验结果，由于每年的6-9月份黄土高原的大气污染物质量浓度较低，黄土高原的降水时间、降水强度和降水次数相对于全年，都有了较大的提升。由此可见，大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理影响较大。

基金项目：山西省气象面上项目（SXKMSDW20246752）