（自然地理学专业论文）京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系.pdf

摘要 随着京津冀地区经济的快速发展以及它重要的地理位置，引起了 中国乃至整个世界越来越多的瞩目，特别是该地区的空气质量已成为 人们日益关注的焦点。所以研究该地区的空气质量及其与气象条件的 关系有重要意义，能为预报该地区空气污染状况及改善该地区空气质 量提供一定的科学依据。 本文选取了该地区的空气污染指数资料及该地区的降水量、气 温、风速和相对湿度等气象资料，利用等值线图分析该地区各气象要 素和空气污染指数的空间分布形势；用趋势分析法分析各气象要素与 空气污染指数的时间变化趋势；并采用相关分析法分析各气象要素与 空气污染指数的相关关系，进行显著性检验，找出各季节中对空气质 量起主导作用的气象因子；运用相关分析法分析该地区各城市之间的 空气污染指数的相关性。 结果表明：2 0 0 1 年- 2 0 0 8 年，该地区空气质量状况整体良好，优 良率均在6 0 以上，首要污染物以可吸入颗粒物为主。空气污染指 数的空间分布形势为由沿海向内陆递增，且形成了北京、石家庄和天 津这三个高值中心与秦皇岛、张家口、衡水这三个低值中心。时间变 化趋势则是逐年递减，并呈现出明显的季节变化，冬春两季的空气污 染指数明显高于夏秋两季。同时发现，空气污染指数变化与气象条件 有极其密切的关系。由于不同季节气象条件不同，导致空气对污染物 的稀释、扩散能力不同，所以在不同的季节里，风速、降水、气温和 相对湿度各气象因素与空气污染指数之间的相关关系也有所差异，即在 不同季节里，对空气质量起主导作用的气象因子不同。此外，不同城 市之间的空气质量状况是相互联系的，具有区域性特点。 关键词：空气质量；气象要素；相关分析 a b s t r a c t d u et 0r a p i de c o n o m yd e v e l o p m e n t a n ds p e c i a lg e o 铲a p m c 砒 1 0 c a t i o no fo fb e i j 略t i 删i i l - h e b e i ，t h i sr e g i o n 删m o r e a n dm o r e 撇n t i o nb yc h i n a e v e nt h ew h o l ew o r l d p a r t i c u l a r l y , a i r 删qm 恤s r e 西o nh a sb e c o m et h ef o c u si s s u e i no r d e r t op r o v i d es c i 髓c ep r 0 0 tt 町 a 打p 0 1 1 u _ t i o nf o r e c 舳g 肌d 啦) r o v e m e n t i na i rq u a l i t y ，w er e s e a r c h0 n a i rq u a l 时缸t h i sr e g i o n a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e 钮a i rq u a l 珂a n d m e t e o r o l o g i c a le l e m e n t s 逾越s r 画0 n h 1t b j sp 印e r w e u s et h ed a m so fa i rp o l l u t i o ni n d e x 雒d 血e 枷o l m e t e o r 0 1 0 西c a ld e m e n t s ，s u c h 弱p r e c i p i t a t i o n , t e m p e r 栅a n d w l n d s p e e di i lb e i j 吨t i 觚j h h 【e b e it oa n a l y z es p a t i a l d i s n 伯u t i o 嬲o fm e a l r p o l m o n i 1 1 d e xa n d 也e 础o r o l o 西c a le l e m e n t sw i t h i s o l i n em a p s - a t 也e s a m et i m e ，w e0 ；b t l 咖e d 也e 蝴o f m e t e o r o l o g i c a le l 锄砷a n d a l r p o l l u t i o n 搬w i mt i i n l 暑b yt r e n da n a l y s i s m e a n w h i l e ，w e f o m d 也e r e l a t i o n s h i pb e t v e na i rp o l l u t i o ni n d e xa n dt h em 戗e m i o 西c a l f a c t o r s a n di d e n t i 母m ek e y m e t e o r o l o g i c a l f a c t o rf o ra i rq ：u a l 匆也r o u g h c o 仃e l a t m 锄l y s i sa n ds i g n i f i c a n tt e s t i n a d d i t i o n , 玳唧l o dm e c 咄l a t i o n so f a i rp o l l u t i o ni 嫩锄0 n g d i 鼢e n tc i t i e si nt h er e 黟o n - mr e 幽s h o w e dt h a tt h ea i rq u a l 埘i nt h i sr e g i o n 1 8g o o d8 3a w h o l e 恤m t eo fg o o d a i rq u a l i t yo v e r6 0 a n d t h ep r i o 衄p o l l u 恤t 1 s 讪a l a b l ep a r t i c l e s f r o m2 0 0 1t o2 0 0 8 m o r e o v e r , a i rp o l l 砸0 n m d 以 i i l c r e a s e sa l o n gm ec o a s tt ot h ei n l a n da n df o r m s f l a r e el l i g hp o l m o n s u b r e g i o n s e i j 吨，s h i j i a z h u a n ga n dt i a n j i n ) a n d 妞e 1 0 w p 0 1 m ? s u b r e 西o n s ( q j n h _ u a n g d a o ，删i 出o u 锄dh e n g s h u i ) m e 出，曲跚 p 0 1 o ni i l d e xt e n d e dt 0 d e c r e a s ey e a rb yy e a ra n dt h ea i rp o l l u t l o n i i l d e x 证s p r i i l ga n dw i n t e ri sh i g h e rt h a n t h a ti ns u 伽e r 砌叫仰彻m a d d i t i o n ，w ek n o v mt h a t a i rp o l l u t i o ni n d e x i sc 1 0 s e l y 他l a t e d 幻 1 1 1 m e t e o r o l o g i c a le l e m e n t st h r o u g hc o r r e l a t i o na n a l y s i so nt h ea i rp o l l u t i o n i n d e xa n d m e t e o r o l o g i c a lf a c t o r s s i n c et h em e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s v a r yi nd i f f e r e n ts e a s o n s ，c o n s e q u e n t l y , t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e na i r p o l l u t i o n i n d e xa n d m e t e o r o l o g i c a l f a c t o r ss u c ha s p r e c i p i t a t i o n ， t e m p e r a t u r e ，w i n ds p e e da n dr e l a t i v eh u m i d i t yb e c o m ed i f f e r e n t i tm e a n s t h a tt h em o s ti m p o r t a n tm e t e o r o l o g i c a lf a c t o rt h a ta f f e c ta i rp o l l u t i o n i n d e xi sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n ts e a s o n s m o r e o v e r , a c c o r d i n gt ot h e c o r r e l a t i o na n a l y s i sa m o n gc i t i e si nt h i sr e g i o n ，w ef o u n dt h a tt h ea i r q u a l i t yi nd i f f e r e n tc i t i e sw o u l di n f l u e n c ee a c h o t h e r k e yw o r d s ：a i rq u a l i t y ；m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ；c o r r e l a t i o na n a l y s i s i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：易缎 p 如年r 6b 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密彤 ( 请在以上相应方框内打“， ) 日期：渺年f 月彤日 日期：口f 秽年心月五矿日 墩呔 劫易习 名名签签 者师作导 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 1 1研究目的及意义 1 引言 清洁的空气是人类赖以生存的重要环境要素之一，随着城市人口 的不断增多，工业及交通运输业等事业的迅速发展，特别是煤和石油 的大量使用，烟尘、粉尘、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等大量有 害物质被排放到空气中，导致城市空气质量逐渐恶化。此外，工业生 产中可能发生的事故等也会造成大气污染。如今，大气污染己成为全 球最为关注的环境问题之一，环境质量的好坏已成为评价一个国家、 一座城市现代化程度不可忽视的一个重要方面，它直接关系着城市社 会经济的发展和人们的身体健康，严重影响着人们的生活质量n 3 。近 年来，世界各国肺癌的发生率和死亡率明显上升，特别是工业发达国 家增长更快。大量事实和研究证明，空气污染是重要致癌因素之一口1 。 因此，城市大气环境质量的研究已成为大气污染研究和城市气候研究 领域的主要课题之一阻刀。人们对城市空气质量日益重视，人们迫切 需要了解同自己日常生活有密切关系的空气质量以及影响空气质量 的各种气象条件，以便采取各种对策和措施来保护大气环境和保护人 类自己。 大气污染是一个极为复杂的现象。在特定的时间和地点，大气污 染物的浓度会受到许多因素的影响，除了与污染物的排入量有关外， 还与污染物在大气中的扩散、稀释速度关系有关，而这种扩散、稀释 能力强烈地依赖于气象条件。由于城市下垫面的特殊性质，会增强城 区的空气湍流，同时对空气温度、相对湿度、风向、风速等也产生很 大影响，再加上一些特殊天气条件( 如大雾、逆温、静风等) 会使 污染物的浓度分布状况更为复杂睁1 2 3 。例如，城市建筑物的增高会导 致城市通风能力下降，从而加剧大气污染的程度。所以，城市空气质 量的好坏与该地区的气象条件有十分密切的关系，研究和解决空气质 量问题，需先从研究气象条件对空气质量的影响入手，这样不但可以 硕士学位论文 有效的控制污染物的浓度，降低大气污染程度，而且可为政府及环保 部门做出相关决策提供一定的科学依据，还对提高人民生活质量和建 设现代化大都市具有重要的意义。 综上，研究城市空气质量状况及变化趋势有十分重要的意义，特 别是弄清大气污染的气象条件对解决城市大气污染问题有重要的意 义1 州1 。 ( 1 ) 有利于城市空气污染预报。通过掌握各种气象条件对污染 物在大气中的稀释、迁移、扩散等过程的影响，及时、准确地预报出 这些有利或不利于污染物扩散的气象条件，并对未来可能出现的大气 污染物浓度的升降趋势做出定性或定量的预测，进而充分利用有利的 气象条件进行自然净化，有助于环保部门更好地开展空气污染预报工 作，并根据预报采取相应的限排减排措施，避免或减轻可能遭受的严 重污染。例如，在冬季逆温较强的天气里，应对污染物的排放量进行 控制，防止由逆温引起污染程度的加重。 ( 2 ) 有助于进行城市规划及城市环境空气质量评价，为制定治 理城市空气污染的政策和法规提供一定的科学依据，以便更好地实施 大气环境管理和综合防治，从而进一步达到提高和改善空气质量的目 的。a 城市规划和工业布局在制定城市规划和进行工业布局时应 充分考虑气象条件，使新工业区的设计布局更加合理，同时对老城市、 老工业区进行合理改造，尽量减少或避免污染物对周围环境特别是人 们生活环境的不利影响。例如，通过对风速和风向频率进行分析，可 从布局上避免局地重复污染的发生。b 厂址选择与建设项目环境影响 的评价通过考虑风向、风速、逆温等气象条件对拟建厂址地区进 行通风稀释和扩散能力的分析，确定所选的厂址是否合理，并考虑工 程排放源可能造成的最大污染物浓度及其影响范围等，评价建设项目 对周围环境的影响。 京津冀地区作为中国的政治文化中心，是国家管理、对外交流、 技术贸易和交通枢纽地区，是特大城市科技和教育最集中、最发达的 地区。从政治、地缘上看，京津冀地区必将发展成为本世纪中国最重 2 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 要的世界发达地区之一。 随着京津冀地区国际化步伐的不断加快及人民生活水平的不断 提高，追求高品质的生活，特别是良好的空气质量已成为人们日益关 注的焦点，人们渴望每天都能呼吸到新鲜的空气。该地区的空气质量 正引起人们的普遍关注和各级政府的高度重视。国际奥委会评估团 2 0 0 0 年年初来北京考察申奥情况时，把空气质量也列为其中的重要 评估项目之一。此外，根据工业发达国家的实际状况可知，工业集中 区造成的大气污染往往与另一个相距数百公里的工业区造成的大气 污染相连接，所以大气污染已不是局部地区的问题。随着京津冀地区 经济一体化进程的快速发展，该地区的环境质量，特别是空气质量正 在持续下降，大气污染越来越表现出协同效应的符合特征和交互作 用。因此，研究分析京津冀地区的空气污染的时空分布特征，并分析 影响其变化的气象条件，可以更有效地降低该地区的大气污染程度， 还可利用人工影响气象要素的方法来改善和保护环境，对进一步预 防、控制及治理该区域的大气污染有十分重要的意义。 1 2 国内外研究状况 空气污染气象学是研究空气污染( 或大气污染) 问题与气象学之 间的相互关系，运用气象学的原理和方法来研究不同气象因素对大气 污染物的输送、扩散稀释、迁移转化和移除规律以及在各种气象条件 下的影响，预测大气污染物的分布及变化规律，以便能找到及时处理 解决大气污染问题的正确途径和措施来保护环境，改善环境质量钔。 这是一门新发展起来的学科，有许多课题尚处于研究和探索阶段。 空气污染气象学萌芽于2 0 世纪2 0 年代，1 9 2 1 年英国人便进行 大气扩散试验，到了5 0 年代后，随着现代工业的发展和城市人口的 高度集中，相继出现了严重的城市或工业区污染事件，如1 9 5 2 年1 2 月的伦敦烟雾事件，仅四天时间内死亡了4 0 0 0 多人，在之后的两个 月内，又有8 0 0 0 人陆续死亡，这是2 0 世纪世界上最大的由燃煤引发 3 硕士学位论文 的城市烟雾事件。还有1 9 5 5 年的洛杉矶光化学烟雾事件，由它引起 呼吸系统衰竭死亡的人数达到4 0 0 多人，这是最早出现的由汽车尾气 造成的大气污染事件。这些都促使人们开始广泛关注大气污染，到上 个世纪6 0 年代便逐渐形成这门独立的新学科。为促进气象学与大气 环境学科研究的发展，世界气象组织制定了1 9 9 2 2 0 0 0 年大气科学和 环境研究计划，为监测分析和评价大气的化学成分和有关物理特性的 变化，设计并布设全球环境污染检测和研究系统。 随着人们对空气质量的日益关注，控制城市大气污染，改善城市 空气质量的呼声日益强烈。近年来，英国、美国等发达国家通过改善 能源结构、加强节能减排和优化城市布局等措施，已逐步控制了由二 氧化硫造成的如“伦敦烟雾事件 等这类城市燃煤问题，但由于机动 车辆数量的急剧增长，出现了由臭氧、氮氧化物和细颗粒物等引起的 高浓度污染的新现象；而像我国等发展中国家面临的是煤烟和机动车 等的混合性污染，特别是冬季由于燃煤量的增多，导致二氧化硫的浓 度急剧增长，形成严重的煤烟型污染。闺此，分析和研究气象条件对 城市空气质量的影响是目前解决城市环境问题的重要课题之一。 目前，国内外己开展了不少工作，运用定性或定量方法对气象条 件与污染物浓度之间的关系进行研究n 幻，主要包括：建立天气形势 与污染物浓度之间的关系模型n 纠剐；建立个别气象要素与污染物浓度 之间的关系模型n 刀；天气型与数值模拟结合的方法n 纠盯。在国际上， 美国、英国、日本、荷兰、前苏联等国家较早开展空气污染的研究， 因此国外近年来对这方面的研究，相对国内而言比较多舭钔。我国学 者对城市大气污染状况也做了一些卓有成效的研究工作，在特征分析 方面，于淑秋瞵1 等对北京市区大气污染的时空特征进行了分析研究， 段欲晓嘲等对北京地区s 0 ：污染气象条件进行了分析，宋艳玲乜刀等对 2 0 0 0 2 0 0 2 年北京市城市大气污染特征进行了分析，韩素芹啪3 对 2 0 0 0 - 2 0 0 4 年天津市大气污染特征进行了分析。在气象条件对空气质 量的影响这方面，我国学者也做过不少工作。如刘彩霞等1 通过对天 津市气象因子与空气质量进行相关分析，得出天气形势与空气质量相 4 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 关性很好的结论；罗森波等b 们研究了广州市空气污染与各种天气系统 以及气象要素间的联系；此外，高煜中b 、徐晓峰b 幻、周江兴旧1 等在 城市大气污染也做了很多有益的研究。 但是，气象条件对京津冀地区城市空气质量的影响是个复杂的问 题，关于气象因素在城市空气质量改善或恶化的过程中分别起了多大 的作用，目前的研究并不是很多。主要原因是气象条件和空气质量水 平这两者之间的关系十分复杂。例如气象要素存在明显的年周期，很 难考察气象要素在年际尺度上的变化对空气质量的影响，另外，不同 季节里，空气质量状况及其气象影响要素存在着很大的差异，加上气 象因素本身千变万化，因此，气象条件对空气质量水平影响的研究存 在着一定的不确定性，仍有待于进一步的认真分析和深入研究。 1 3 研究内容和方法 1 3 1 研究内容 图卜1 京津冀地区各站点分布 r g 1 1d i s t r i b u t i o no fs t a t i o n si nb e i j i n g - t i a n j i n h e b e i 随着京津冀地区区域经济的快速发展和天津被确定为北方经济 的中心，以及它特殊的地理位置( 处于环渤海地区和东北亚的核心重 要区域) ，该地区越来越引起中国乃至整个世界的瞩目。所以研究该 地区的空气质量现状及不同气象条件对空气质量的影响有着极为重 5 硕士学位论文 要的意义，能为预报该地区的空气污染状况及改善该地区的空气质量 提供一定的科学依据。本文的研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 京津冀地区的气候特征 根据京津冀地区主要气象观测站点的地面气象资料，分析该地区 降水量、气温、风向和风速、相对湿度等气象要素的时空分布特征。 以年、季为尺度，用等值线图表示该地区各气象要素的空间分布特征； 用散点图表示该地区各气象要素的逐年变化趋势。 ( 2 ) 京津冀地区空气质量状况和空气污染指数的时空变化特征 按照空气质量划分标准，对京津冀地区空气质量进行初步的统计 分析，得出该地区空气质量的整体状况。用等值线图表示空气污染指 数的空间分布特征，并按季节来分析不同季节内的空气污染指数的变 化特点。用散点图、滑动平均法、线性倾向估计法对空气污染指数的 逐日变化特征、逐月变化特征、逐年变化特征及各污染物的逐年变化 特征进行较详细的分析。 ( 3 ) 不同气象条件对京津冀地区城市空气质量的影响 通过对京津冀地区各城市的空气污染指数与各气象要素进行相 关分析可以发现，空气污染指数的变化与气象条件有极其密切的关 系。在污染源源强基本不变的情况下，由于气象条件的不同，大气污 染物的浓度有较大差异，甚至可相差几十倍乃至几百倍。 影响大气污染物分布的气象因素主要有风速、降水、气温和相对 湿度等。由于不同季节内，气象条件不同，冷暖程度不同，导致空气 对污染物的稀释、扩散能力不同，所以按季节来分析各气象因素与空 气污染指数之间的相关关系，比较不同季节内，不同气象条件对空气 质量影响的大小，并找出各季节内对空气质量状况起主导作用的气象 因素，以便在不同季节内，提出相应的大气污染防治措施，更好地改 善城市空气质量。 ( 4 ) 京津冀地区主要城市空气质量相关分析 由于城市化的不断发展，各城市之间空气质量相互影响。运用相 关分析法，以年、季为时间标准，计算出京津冀地区各城市之间空气 6 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 污染指数的相关系数，并进行显著性检验，得出各城市空气质量的相 关关系，以便能更好的治理该地区的这种区域性空气污染。 1 3 2 数据来源与研究方法 本文使用的数据资料主要包括：( 1 ) 国家环境保护部m 1 提供的 2 0 0 1 年1 月1 日至2 0 0 8 年1 2 月3 1 日北京、天津空气质量日报和河北省环 境监测中心站提供的2 0 0 2 年6 月5 日至2 0 0 8 年1 2 月3 1 日河北省主要城 市的空气质量日报；( 2 ) 国家气象局提供的1 9 6 0 年1 月1 日至2 0 0 6 年1 2 月3 1 日的京津冀地区逐日气象资料( 温度、降水、风向和风速、相对 湿度) ；( 3 ) 国家统计局瞵1 提供的2 0 0 1 年至2 0 0 8 年北京、天津和石家 庄的月降水量、月平均气温、月相对湿度等资料。 根据概率论与数理统计中的方法删，对京津冀地区13 个城市4 7 年来的逐日气温、降水、风和相对湿度及空气污染指数等资料进行处 理，以月、季和年为时间尺度，研究各气候要素在月、季、年这3 个 时间尺度的空间分布特征和时间变化规律，并分析该地区的空气质量 状况，以及空气污染指数的空间分布特征和时间变化规律；用线性倾 向估计、滑动平均法等数据处理方法研究各气象要素的变化趋势，并 进行显著性检验；用相关分析法研究不同气象要素与空气污染指数的 相关关系，进行显著性检验，并找出各季节内影响城市空气质量的主 要气象要素；此外，继续用相关分析法分析该地区各城市之间空气污 染指数的相关关系，并进行显著性检验。 7 硕士学位论文 2 京津冀地区气候特征 考虑到降水量、气温、风向、风速和相对湿度对大气污染物的影 响，我们利用京津冀地区主要地面气象观测站点近4 7 年的资料，分析 了该地区各气象要素的时空分布特征。 2 1京津冀地区自然特征概况 京津冀地区位于东经1 1 3 。0 4 至1 1 9 。5 3 ，北纬3 6 。0 1 至 4 2 。3 7 。地处华北，黄河下游以北，东傍渤海，面积为1 8 7 7 万k m 2 。 属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热潮 湿，秋季凉爽少雨，冬季寒冷干旱，总体气候条件较好，温度适宜， 雨热同季，适合多种农作物生长和林果种植。 2 2 京津冀地区降水量的分布特征 2 2 1平均降水量的空间分布 京津冀地区的降水主要受东亚季风的影响。该地区多年的年平均 降水量空间分布图( 图2 - 1 ) 显示，其多年平均降水量呈带状分布，总 体看来，东北部降水充沛，西北部降水稀少。若把该地区分为南北两 部分，则北部地区呈现出由东至西递减的趋势，最大年平均降水量在 东北部的秦皇岛，达6 3 0 r a m 以上，而西北部的张家口年平均降水量偏 少，仅为4 0 0 r a m ；南部地区有所不同，以衡水为中心的地区降水量偏 少，四周的降水量较多。由于京津冀地区北部靠近渤海，来自海洋的 湿润气流带来了丰沛降水，使得唐山大部分、秦皇岛大部分地区多年 平均降水量较高，形成了一个降水中心。而南部地区则因为东南部面 临泰沂山脉，夏季风受泰沂山脉的阻挡，在泰沂山脉的山前会形成多 雨区，山后形成雨影区，从而导致邢台、邯郸、衡水一带少雨。 季节划分如下：3 5 月为春季，6 _ 8 月为夏季，卜1 1 月为秋 季，当年的1 2 月至翌年2 月为冬季。图2 - 2 为京津冀地区各季节平 8 京淖冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 均降水量的空间分布图。由图可知，该地区四季降水量空间分布形势 与年空间分布形势相似。整体表现出北部地区降水稀少、南部地区降 水丰富和内陆地点。 图2 1 京津冀地区年平均降水量的空间分布( 单位：m m ) f i g 2 1s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fm e a na n n u a lp r e c i p i t a t i o ni nb e i j i n g - t i a n j i n - h e b e i ( u n i t s m m ) 9 硕士学位论文 f i g 2 2s p a t i a id i s t r i b u t i o no fm e a ns e a s o n a tp r e c i p i t a t i o ni nb e i j i n g l i a n j i n 。h e b e i ( u n i t s ：r a m ) 春季，沿海地区的秦皇岛降水量较多，而内陆地区的张家口降水 量较少。若把京津冀地区分为南北两部分，贝j j ：t l = 部地区多年平均降水 量呈现出由东部的秦皇岛向西部的张家口递减的趋势，南部地区呈现 出由南部的邯郸向北部的保定递减的趋势。 夏季是该地区降水最为丰沛的季节。全区降水量普遍增多，呈现 出明显的由东向西递减的趋势。秦皇岛、北京、天津、唐山为降水量 的高值区域，张家口仍为降水量的低值区域。 秋季降水量开始减少，并呈现出由东南向西北递减的趋势。除了 沿海地区的秦皇岛之外，南部地区的邢台和邯郸也成为降水量的高值 区域，而降水量低值区域仍在西北部的张家口。 ， 冬季降水量稀少，全区降水量由南向北逐渐减少，降水量的高值 区己由东北部的秦皇岛转至南部的石家庄、邢台和邯郸，低值区仍在 北部的张家口。 除此之外，由图2 - 2 还可看出，京津冀地区全年的降水量主要集 中在夏半年。若以百分比来看，7 0 以上的降水量均集中在夏季。因 为在我国北方地区，热带海洋暖湿气团只在夏季出现，因此夏季降水 量较充沛，特别是沿海地区降水量更丰富；而冬季则受大陆冷干气团 的控制，降水量稀少，沿海地区也会由夏季的湿润转向干燥。 2 2 2 平均降水量随时间的变化 北京和天津是京津冀地区的核心城市。国家对京津两市总体规划 的批复中，强调了北京的首都职能和天津的区域经济中心职能。北京 是国家的首都，是政治文化中心和国际交往中心，是国家科技自主创 新中心，是现代服务业、文化创意产业、高科技研发产业发达的国际 大都市。天津是我国北方的经济中心和国际航运中心，是现代物流中 心和世界级的现代制造业基地、重化工产业基地，是服务业发达，环 境优美的国际港口城市。而石家庄和唐山是河北省发展基础最好，交 通条件最好的地区。石家庄作为河北省省会，是华北连接中原、华南 1 0 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 地区的交通枢纽，是以医药、纺织业为主导产业的现代制造业基地， 是华北南部的商贸物流中心和区域经济中心。唐山是是我国北方重化 工产业基地，是京津冀地区主要重工业产品和能源供应基地，是石油、 铁矿石运输的枢纽城市。因此，本节以北京、天津、石家庄和唐山这 四个重要城市为具体研究对象，对它们的年、季降水量进行研究分析。 同时，气温、风速、相对湿度也以上述4 个城市为具体研究对象。 1 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 0 1 9 8 51 9 9 01 9 9 5 2 0 0 0z 0 0 5 1 9 6 0 螨51 9 7 01 9 7 5 扫8 a j 蛆s1 9 9 01 辨52 咖2 0 0 5 i1 - 一运年变化多年平均m m - s 年移动平均线性趋势一逐年变化多年平均s 年移动平均线性趋势 i 枷 i o g8 0 0 暑 i 6 0 0 * t 4 0 0 枷 o 暑咖 皇 6 * t4 0 0 挪 o 伽 的 加h ，1 ，摹鼙碍的1 ，w1 卵z 哪口z 卵1 9 翮i 5 7 0 均巧1 9 b 颦粥51 ，1 盼5 2 啪z s 一递年变化多年平均5 年移动平均”垅性趋势一锺年变化多年平均5 年移动平均一线性趋势 图2 3 北京、天津、石家庄和唐山年平均降水量的逐年变化 f i g 2 3i n t e r a n n u a tv a r i a t i o n so fm e a na n n u a tp r e c i p i t a t i o n i nb e i j i n g 、t i a n j i n 、s h i j i 醒h u a n ga n dt a n g s h a n 降水量的逐年变化曲线( 图2 - 3 ) 表明，4 7 年来，北京、天津、石 家庄和唐山这四个城市的年降水量均呈逐年减少的趋势，且降水量倾 向值分别为- 1 2 5 2 m m l o a 、- 2 5 0 8m m l o a 、- 1 3 2 5m m l o a 和- 1 9 4 0 m m l o a ，表明天津的下降速度最快，北京的下降速度最慢：相关系数 分别为0 1 2 6 5 、0 2 3 2 4 、0 1 0 0 0 和0 1 5 4 9 ，均小于r 。神2 8 7 5 ，表明 这四个城市的下降趋势在q = 0 0 5 显著性水平上均不显著。 此外，根据5 年移动平均曲线可知，2 0 世纪6 0 年代至8 0 年代中期， 北京、天津、唐山这三个城市的降水量呈波动下降趋势，石家庄则呈 现出较明显的逐年下降趋势。8 0 年代中期降至这个时期的最低点后， 四城市的降水量均略有回升。进入2 1 世纪之后，四城市的降水量均呈 硕士学位论文 s 删 主。 * 世抛 l 4 ： 天雄 6 8 8 6 _ 旦 图2 - 4 北京、天津、石冢庄和盾山多年平均降水量的季节变化 f i g 2 4s e a s o n a lv a r i a t i o n so fm e a na n n u a lp r e c i p i t a t i o n i nb e i j i n i l 、t i a n j i n 、s h i j i a z h u a n ga n dt a n g s h a n 降水量的季节分布图( 图2 - 4 ) 显示，四城市的年内降水主要集中 在夏季，其次是秋季，再次是春季，冬季最少。与北京、天津和唐山 相比，石家庄降水量的季节差异最小。产生此现象的原因主要是：来 自海洋的暖湿气流会带来降雨，而石家庄距海较远，受热带海洋暖湿 气流的影响较小，因此四季的降水量差异明显小于其他三个城市。 由于夏季降水量最多，冬季降水量最少，因此，选择这两个季节 来研究多年年平均降水量的逐年变化趋势。 l 咖1 s1 9 7 0 1 9 7 51 9 朝0 9 8 5l 蛳1 姻52 嘲2 瞄”1 9 6 51 9 7 0 1 9 7 51 9 观8 51 盼o1 盼52 0 0 02 s 一逐年变化多年平均一5 年移动平均“线性趋势一运年变化多年平均5 年移动平均线性趋势 1 2 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 1 咖蜥51 ”o 曲7 51 髓分9 8 51 蚋1 9 鲇抛。嬲 一运年变化多年平均一s 年移动平均线性趋势 臼1 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 譬噼1 蛳1 鲐52 咖抛5 一递年变化多年平均s 年移动平均娃性趋势 n l o o o 暑8 0 0 羞 i 6 0 0 薹4 0 0 a 柚 o 1 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 s 1 9 8 0 铲9 8 s1 9 9 0 1 9 9 52 0 0 02 0 0 s 1 啪蜥51 9 7 01 9 7 5l 鲳。驰s 蟒o1 9 蛄2 嘲2 瞄 一遥年变化多年平均s 年咎动平均线性趋势一运年变化多年平均s 年移动平均一磊性趋势 图2 - 5 北京、天津、石家庄和盾山冬季、夏季平均降水量的逐年变化 f i g 2 5i n t e r a n n u a v a r i a t i o n so fw i n t e rm e a np r e c i p i t a t i o na n ds u m m e rm e a n p r e c i p i t a t i o ni nb e i j i n g 、t i a n j i n 、s h i j i a z h u a n ga n dt a n g s h a n 图2 - 5 显示了北京、天津、石家庄和唐山这四个城市冬季和夏季 的多年平均降水量的逐年变化。由图2 5 可以看出，冬季，这四个城 市的降水量很少，均在8 0 咖以内，其中，北京、天津呈现出微弱的递 减趋势，唐山呈现出较明显的下降趋势，石家庄则呈现出一定的上升 趋势，但均未达到显著性水平；夏季，四城市降水量明显增多，均在 2 0 0 r a m 以上，且呈现出逐年下降的趋势，其中，天津的下降趋势最显 著，相关系数为0 3 4 7 9 ，在a = 0 0 5 显著性水平上是显著的，而其他 三个城市均未达到显著性水平。 2 3 京津冀地区气温的分布特征 2 3 1平均气温的空间分布 1 3 硕士学位论文 图2 6 为京津冀地区多年年平均气温的空间分布图。从图上可以 看出，京津冀地区的多年年平均气温总体呈现出由北向南逐渐升高的 趋势，且形成了一个以北京、廊坊为“暖核”的高温区和一个以邢台、 邯郸为“暖核”的高温区。若把该地区划分为南北两部分，则发现北 部地区多年年平均气温大致呈带状分布，南部地区则呈现由“暖核 向四周降低的趋势。该地区的最高年平均温度与最低年平均温度之差 高达1 0 。纬度因素是影响气温分布的主要因素。 图2 6 京津冀地区年平均气温的空间分布( 单位：) f i g 2 6s p a t i a td i s t r i b u t i o no fm e a na n n u a tt e m p e r a t u r ei nb e i j i n g - t j a n j i n - h e b e | ( u n i t s ： ) 秋 1 4 冬 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 图2 7 京津冀地区各季节平均气温空同分布图( 单位：) f i g 2 - 7s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fm e a ns e a s o n a | t e m p e r a t u r ei nb e i j i n g - t i a n j i n h e b e i ( u n i t s ：) 这里用4 月、7 月、1 0 月和1 月的月平均气温分别代表春季、夏季、 秋季和冬季的平均气温。图2 7 为京津冀地区在这四个季节中的平均 气温空间分布图。 由图2 - 7 可知，京津冀地区各季节平均气温的空间分布与年平均 气温的空间分布类似，四季的气温均呈现出南高北低的特征，且形成 了以北京、廊坊为“暖核”的一个高温区，或者形成了以北京、廊坊 为“暖核”和以邢台、邯郸为“暖核”的两个高温区。此外，京津冀 地区北部四季的平均气温也均为带状分布。“暖核刀的形成可能与城 市热岛效应有关。 其中，春季气温在9 一1 9 之间，气温高值区主要集中在京津 冀中部的北京、廊坊一带。北部地区气温呈现出由北向南逐年增高的 趋势，气温变化幅度较大，而南部地区气温变化幅度较小，这可能与 地势有关。 夏季气温普遍较高，除了承德和张家口，大部分地区气温均在 2 5 以上。气温最高值与气温最低值之差较小，仅为7 。其气温变 化特征与年平均气温变化特征相似，也是形成了北京、廊坊一带和邢 台、邯郸一带这两个“暖核 ，且北部地区气温呈现出逐年增高的带 状变化特征。 秋季气温开始降低，与春季气温分布相似，仍呈现出自北向南逐 1 5 硕士学位论文 渐升高的趋势，高值区也出现在北京、廊坊一带。 冬季气温最低，除北京外，其余城市气温均在o 以下，气温也 呈现出从北向南逐渐升高的趋势，且最高气温与最低气温之差高达 1 2 c 。其气温变化特征也与年平均气温变化特征相似。 2 3 2 平均气温随时间的变化 1 1 5 埔7 01 9 7 5 ”3 7 叠雏51 9 1 的52 0 2 5 一逐年变化多年平均s 年移动平均”线性趋势 1 5 1 5 p 1 4 、 嚷1 3 r n l l 1 0 l ” 1 2 芝n 蟠 ￥1 0 9 0 1 哪惭5 1 盯9 飘牮蛹1 嘲1 呖硼硼51 哪m 哪聊明牮嘲1 哪! 珊瑚晒年年 一运年变化多年平均- 一- s 年移动平均线性趋势一运年变化多年平均5 年移动平均”线性趋势 图2 - 8 北京、天津、石家庄和唐山年平均气温的逐年变化 f i g 2 8i n t e r a n n u a v a r i a u o n so fm e a na n n u a l t e m p e r a t u r e i nb e i j i n g 、t i a n j t n 、s h i j i a z h u a n ga n dt a n g s h a n 北京、天津、石家庄和唐山这四个代表城市的年平均气温的逐年 变化曲线( 图2 - 8 ) 表明，4 7 年来，这四个城市的年平均气温变化具有 相似性，尽管在上个世纪6 0 年代至7 0 年代有短暂的下降过程，但持续 性增温是四个城市气温变化的共同特征。 这四个城市的气温变化倾向值分别为0 2 1 l o a 、0 3 6 l o a 、 o 3 5 l o a 和o 3 5 l o a ，表明北京的气温增加速度最慢，其他三个 城市的增加速度较快。相关系数分别为0 4 3 7 0 、0 7 2 5 3 、0 6 6 9 3 和 0 6 3 9 5 ，均大于r 。= o 3 7 2 1 ，表明这四个城市的上升趋势在q = o 0 1 显著性水平上是显著的。 根据5 年移动平均曲线可知，2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代，这四个城 市的多年平均气温均呈现出下降趋势，7 0 年代后气温开始回升，虽有 1 6 京津冀地区空气质量状况及其与气象条件的关系 小的波动，但气温整体均呈现出上升趋势，并持续至2 0 0 6 年。 由各城市平均气温的季节分布图( 图2 9 ) 可知，北京的气温明显 高于其他三个城市，这可能与北京的热岛效应较强有关。此外，综合 来看，在四季中，这四个城市夏季的平均气温最高，冬季的平均气温 最低。因此，选择7 月( 代表夏季) 和1 月( 代表冬季) 来研究气温的 逐年变化。 o 柏 2 0 柚 o o 謇爱 簟 杖辱 簪夏 事 袱 冬 o o 豆歌冬 事 图2 9 北京、天津、石家庄和唐山多年平均气温的季节变化 f i g 2 9s e a s o n a v a r i a t i o n so fm e a na n n u a lt e m p e r a t u r e i nb e i j i n g 、t i a n j i n 、s h i j i a z h u a n ga n dt a n g s h a n 1 9 6 01 9 6 3 埘o1 ”51 9 叠娜1 啪1 螂2 咖抛5 一逐年变化多年平均l i n e 3 年移动平均线性趋势 1 9 6 01 9 6 $ 1 9 7 01 9 7 51 咐孵1 9 9 0l 鲥晦2 0 0 02 0 0 5 1 9 6 0 ，9 6 53 9 7 0 蛳5 陛驰5 嘲m 5 硼瑚5