【大气能见度与气象和环境参数的互相影响分析3000字】

大气能见度与气象和环境参数的互相影响分析目录TOC\o"1-3"\h\u8452大气能见度与气象和环境参数的互相影响分析 194781.1.1数据来源 1217691.1.2能见度与PM2.5和PM10 1178801.1.3能见度与湿度 446301.1.4能见度与风速 7117211.1.5能见度与气温 9数据来源首先，介绍本文使用的仪器和数据。利用能见度仪、小型气象站和粒径谱仪这三种设备，图2-1给出了这三种设备的实物图片。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11气象站与能见度仪、粒径谱仪Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s11Weatherstationandvisibilitymeter,particlesizespectrometer其中小型气象站可提供的数据类型有风速（m/s）、气温（℃）、辐射（w/m2）、风向（°）、气压（hpa）、相对湿度（%）、能见度仪可提供每分钟的能见度探测值（m），粒径谱仪主要提供PM2.5（µg/m3）和PM10（µg/m3）。本文选取了2016-2019年的仪器观测数据作为研究对象，以保证数据的真实性和严谨性。能见度与PM2.5和PM10根据空气动力学中当量直径的大小将颗粒物进行分类，对于直径小于等于2.5微米的颗粒物称为细颗粒物，又称PM2.5；对于粒径在10微米以下的颗粒物称为可吸入颗粒物，又称PM10。PM2.5与PM10可长时间悬浮在空气中，对人体健康和大气能见度的影响都很大，空气质量监测中的使用PM的浓度值作为参考。根据PM2.5空气质量新标准，PM2.5在24小时内平均值分布如下表2-2所示。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s12PM2.5浓度分布对应空气质量等级Tab.STYLEREF1\s2SEQTab.\*ARABIC\s12PM2.5concentrationdistributioncorrespondstotheairqualitylevel24小时PM2.5平均值标准值空气质量等级0~35μg/m³优35~75μg/m³良75~115μg/m³轻度污染115~150μg/m³中度污染150~250μg/m³重度污染大于250μg/m³及以上严重污染这里首先探究了PM2.5以及PM10与大气能见度的变化关系，以及对能见度的影响。图2-2所示给出了2018年11月四种典型天气条件下PM2.5、PM10和能见度的相对变化趋势，分别对应晴天、多云、雨天、雾霾4种天气状况。(a)晴天(b)多云(c)雨天(d)雾霾天图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12不同天气PM与能见度相对变化Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s12RelativechangesofPMandvisibilityindifferentweather图2-2(a)对应晴天天气条件下的PM与能见度的小时平均统计变化趋势，可以看到，PM2.5和PM10基本上有着同步的变化趋势，且在一天时间内，在早上、中午和下午时段内，会出现较大幅度的增加；而一天内大气能见度变化基本呈现与PM浓度变化不一致的趋势，在早上能见度较高，在下午能见度则相对降低。在如图2-2(d)所示的雾霾天气条件下的PM浓度与能见度的小时平均统计变化趋势，与晴天基本类似。图(b)和(c)所反映的多云和雨天的结果表示，能见度与PM浓度的变化趋势也不同步。可以看出，由于PM2.5和PM10本质上只是颗粒物直径的大小不同，它们在一整天的变化趋势基本是相同的。对于不同天气条件，PM的浓度增大或者减小，与之对应能见度是减小或者增大的，其与能见度呈负相关关系。因为PM颗粒粒径只有微米级别，附着力大，在空气中容易“分食”水分导致大气浑浊，进而产生雾霾，增加大气消光，影响能见度。进而，对2016-2019年的PM和能见度数据进行了统计分析，进行长期的变化趋势和相关性分析，结果如图2-3所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13能见度与PM2.5相关性分析Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s13CorrelationanalysisofvisibilityandPM2.5图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14能见度与PM10相关性分析Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s14CorrelationanalysisbetweenvisibilityandPM10从图中可以看到，两种颗粒物与能见度相对变化基本相同，通过计算，得到能见度与PM2.5的皮尔逊相关系数为-0.669，能见度与PM10的皮尔逊相关系数为-0.646，对相关系数进行置信度t检验，经t检验查表，计算t值大于t0.01，说明相关系数置信概率为99%。它们与能见度有着明显的指数负相关关系。随着PM颗粒物浓度的增大，能见度呈指数形式下降。能见度与PM2.5的拟合曲线相关性为0.86，能见度与PM10的拟合曲线相关性为0.75，相比之下，PM2.5比PM10更能反映能见度的相对变化情况。能见度与湿度湿度（Humidity）代表着大气的干燥程度。一定温度，一定体积下，空气中含有的水汽越少，则空气越干燥，湿度越低；水汽越多，则空气越潮湿，湿度增大。日常生活中所指的湿度为相对湿度（RelativeHumidity），即空气中所含水蒸气与同条件下饱和水蒸气的比值，%rh表示。当相对湿度＜70%时，是人体舒适的体感湿度。为了探究湿度和大气能见度的变化关系以及对能见度的影响，本文选取统计了2018年11月中晴天、多云、雨天、雾霾天气条件下的相对湿度和能见度的变化趋势，分别如图2-5所示。4种天气条件下均反映了相对湿度与大气能见度基本有着相反的变化关系。在晴天和雾霾天气条件下，相对湿度较低，晴天湿度最高65%左右，雾霾天湿度最高70%左右，但晴天能见度平均水平较高，变化较大，使得湿度与能见度变化的负相关性呈现不是很明确。而在多云和雨天天气条件下大气相对湿度基本都在90%左右，能见度也较低，它们的趋势变化是很明显的，相对湿度上升，能见度下降，反之，相对湿度下降，能见度升高。(a)晴天(b)多云(c)雨天(d)雾霾天图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15不同天气湿度与能见度相对变化Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s15Relativechangesinhumidityandvisibilityindifferentweather进而，对2016-2019年的相对湿度和能见度数据进行了统计分析，进行长期的变化趋势和相关性分析，结果如图2-6所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s16能见度与相对湿度相关性分析Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s16CorrelationAnalysisofVisibilityandRelativeHumidity从图中可以看出，曲线拟合的相关性仅0.54，能见度与相对湿度基本呈现指数型负相关关系。通过计算，能见度与相对湿度的皮尔逊相关系数为-0.574，对相关系数进行置信度t检验，经t检验查表，计算t值大于t0.01，说明相关系数置信概率为99%。基本可以说明随着相对湿度增大，能见度随之减小。能见度与相对湿度的相关性分析对判断相对湿度对能见度的影响有一定的指导意义。湿度对能见度的影响主要是，当空气中的湿度含量水平较高时，空气中的颗粒物杂质及各类分子容易与水汽分子结合，分子粒径变大，增加大气的消光，使得能见度降低。相反地，空气湿度较低时，水汽不易附着大气分子，使得颗粒物杂志等对大气消光作用减弱，能见度则会上升。湿度也将作为大气能见度预测的一个重要因素。能见度与风速风速是指空气相对于参考固定地点的运动速率，单位是m/s。风力的等级是根据风速大小来，风速越大，风力等级越高，风的破坏性越大。风速是气候学研究的主要参数之一，大气中风的测量对于全球气候变化研究、航天事业以及军事应用等方面都具有重要作用和意义。根据海陆不同地点的参考情况和风速的大小，国标GB/T35227-2017中将风力等级分为13个等级，从静风到飓风，依次对应的风力表征现象不同，风速参考标准是从地平10m处计算，风速中位数从0依次增大到35m/s，基本包括了现阶段所能见到的所有风力等级。为了探究风速和大气能见度的变化关系以及对能见度的影响，本文统计了2018年11月晴天、多云、雨天、雾霾天4种不同天气情况风速和能见度的相对变化趋势，如图2-7所示。(a)晴天(b)多云(c)雨天(d)雾霾天图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s17不同天气风速与能见度相对变化Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s17Relativechangesofwindspeedandvisibilityindifferentweather从图中可以看出，在4种不同天气情况下，风速与能见度的变化基本相同，风速增大，能见度增大。两者之间基本呈现正相关，分析其原因，风速对大气中悬浮的颗粒物有直接作用，会影响它们的稀释扩散能力，从而影响大气的消光，呈现结果反映在能见度上，因此将风速作为能见度预测的一个重要因素。能见度与气温空气温度即气温（Airtemperature），气象学上定义为空气冷热的程度，国际单位是摄氏度（℃）。气象学中的气温，一般是在空气流通的场地和避免太阳光直接照射的情况下测量。气温的变化差异是造成自然景观和我们生存环境差异的主要因素之一，与我们的生活关系非常密切。为了探究气温和大气能见度的变化关系以及对能见度的影响，选取统计了2018年11月中晴天、多云、雨天、雾霾天4种不同天气情况气温和能见度的相对变化趋势，如图2-8所示。(a)晴天(b)多云(c)雨天(d)雾霾天图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s18不同天气气温与能见度相对变化Fig.STYLEREF1\s2SEQFig.\*ARABIC\s18Relativechangesintemperatureandvisi