2001～2016年东北积雪黑碳浓度和雪粒径时空变化特征分析

论文摘要

雪中的黑碳和雪粒径对地表反照率的改变和产生的辐射强迫效应,是目前学术界关注的热点之一,而弄清楚雪中黑碳的浓度和雪粒径的大小,是准确评价其对雪冰反照率的影响及其辐射强迫效应的关键。本文基于MOD09GA地面反射率数据,采用渐进辐射传输模型（Asymptotic radiative transfer theory,ART模型）,利用双通道算法,模拟了20012016年东北地区表层积雪黑碳（BC）浓度和雪粒径,并分析了积雪BC浓度和雪粒径的时空分布及其变化特征。结果表明:（1）20012016年东北年均BC浓度分布在1098.927ng/g1257.300ng/g之间上下浮动,平均值为1197.468ng/g,年增长量为5.133ng/g,呈不显著增加趋势,变异系数为0.034。冬季各月间BC浓度也存在差异,16年的模拟结果均是12月份BC浓度最大,平均值在1200ng/g以上,其次为1月份、2月份,分别为1248.619ng/g、983.635ng/g。3个省会城市在20012016年期间积雪BC浓度均呈不显著上升趋势,相比长春(7.914ng·g-1·a-1)和沈阳(7.795ng·g-1·a-1),哈尔滨市BC浓度增加速度最快,为8.124ng·g-1·a-1。（2）东北积雪BC浓度总体呈现出北部高、南部低的空间分布特性,值域分布在310ng/g1561ng/g之间。辽宁省、吉林省和黑龙江省积雪BC浓度平均值分别为788.960ng/g、962.440ng/g和1103.617ng/g。东北积雪BC浓度总体上存在两个高值区域,分别是由大庆、齐齐哈尔、黑河组成的工业走廊及由鹤岗、佳木斯、双鸭山等市组成的煤炭-森林工业产区,积雪BC浓度均在1200ng/g以上。小兴安岭、长白山地区是积雪BC浓度相对低值区,平均值在900ng/g以下。12月、1月和2月高值区同样分布在这两个中心,另外12月份时,大兴安岭地区也是一个高值区。（3）20012016年东北81.805%地区积雪BC浓度呈增加趋势,增加区域主要集中在黑龙江省的北部和中部、吉林省的大部以及辽宁省的西部和东部。增加幅度最大的区域分布在大兴安岭地区、黑河东部、伊春市、延边自治州、通化市东南部、阜新市、葫芦岛市等地,其增速在5094.306ng·g-1·a-1之间。显著增加区域占总面积的6.975%,主要分布在大兴安岭地区东北部、黑河市东部、伊春市北部边缘、双鸭山市东南部。东北积雪BC浓度减少区域占总面积的18.195%,集中分布在黑龙江省东部和西南部、吉林省西部以及辽宁省中西部和南部,减少幅度最大的区域分布在鹤岗市东部、齐齐哈尔市南部、白城市西部、朝阳市、锦州市和大连市等地区,减少幅度在-43.962-6ng·g-1·a-1之间。（4）小兴安岭、长白山等山区由于海拔较高,人类活动影响小,因此为积雪黑碳浓度低值区。沈阳、长春、哈尔滨、大庆等地区城市规模大、工业生产集中以及人口密度大,因此为积雪黑碳浓度高值区。齐齐哈尔北部、黑河南部和绥化北部区域城市规模扩大,人口密度和能源使用量增加,导致该区域积雪黑碳浓度显著增加。东北冬季风速整体偏低,大气的层结整体相对稳定,污染物不易扩散,因此东北积雪黑碳浓度较高。尤其是黑龙江省中部和北部地区,大气层结稳定,加上地形影响,污染物不易扩散,导致齐齐哈尔北部、黑河南部和绥化北部为东北积雪黑碳浓度高值中心。（5）20012016年东北年均雪粒径分布在430.830452.384μm之间上下浮动,平均值为440.823μm,年增长量为0.259μm/a,呈不显著增加趋势,变异系数为0.014。冬季各月间雪粒径也存在差异,16年的模拟结果表明12月份雪粒径最大,平均值为453.923μm,其次为1月份、2月份,分别为450.768μm、417.777μm。东北三省黑、吉、辽积雪雪粒径均呈不显著增加趋势,增加速率分别为0.312μm/a、0.198μm/a和0.201μm/a。（6）东北雪粒径总体呈现出北部高、南部低的空间分布特性,值域分布在380.248μm497.141μm之间。辽宁省、吉林省和黑龙江省积雪雪粒径平均值分别为418.201μm、429.193μmg和440.437μm。雪粒径高值区分布在绥化、齐齐哈尔、黑河等地区及鹤岗、佳木斯、双鸭山等地区,积雪雪粒径均在448.550μm以上。小兴安岭、长白山、辽宁省东部和西部丘陵地区是雪粒径相对低值区,平均值在416μm以下。（7）20012016年东北49.978%地区雪粒径呈增加趋势,增加区域主要集中在黑龙江省的北部地区和中部地区、吉林省中东部以及辽宁省的大部。增加幅度最大的区域分布在大兴安岭地区、黑河东部、伊春市、延边朝鲜族自治州、白山市、葫芦岛市、鞍山市南部、营口市中南部和大连市等地,其增速在2.206μm/a9.223μm/a之间。显著增加区域占总面积的4.494%,主要分布在大兴安岭地区东北部、黑河市东部、牡丹江中部和北部。东北雪粒径减少区域占总面积的50.022%,集中分布在东北东部和中西部,减少幅度最大的区域分布在鸡西市、白城市、松原市、阜新市等地区,减少幅度在-8.232-1μm/aμm/a之间。显著减少区域主要分布在哈尔滨市西部,白城市南部、锦州市北部、阜新市中部。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 积雪黑碳浓度国内外研究现状

1.2.2 雪粒径国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.3.3 技术路线

第2章研究区及研究方法

2.1 研究区概况

2.2 积雪像元判别法

2.3 ART模型算法及参数

2.4 本章小结

第3章数据的来源与处理

3.1 数据来源

3.1.1 MOD09GA数据

3.1.2 中国海拔高度（DEM）空间分布数据

3.1.3 平均风速数据

3.1.4 夜间灯光指数数据

3.1.5 野外实测数据

3.2 数据预处理

3.2.1 遥感影像处理

3.2.2 实测数据的处理

3.3 本章小结

2016 年中国东北积雪黑碳浓度模拟及时空格局变化'>第4章 2001²016 年中国东北积雪黑碳浓度模拟及时空格局变化

4.1 模型精度验证

4.2 东北年均积雪黑碳浓度时间变化

4.3 东北年均积雪黑碳浓度空间分布

2016 年东北积雪黑碳浓度空间变化特征'> 4.4 2001²016 年东北积雪黑碳浓度空间变化特征

2016 年东北积雪黑碳浓度年内空间变化'> 4.4.1 2001²016 年东北积雪黑碳浓度年内空间变化

2016 年东北积雪黑碳浓度年际空间变化'> 4.4.2 2001²016 年东北积雪黑碳浓度年际空间变化

4.5 东北积雪黑碳浓度月变化特征分析

4.5.1 东北各月积雪黑碳浓度时间变化分析

4.5.2 东北各月积雪黑碳浓度空间变化分析

4.6 东北各省积雪黑碳浓度变化分析

4.7 东北积雪黑碳浓度分布及变化原因分析

4.7.1 地形对黑碳浓度的影响

4.7.2 人口密度及能源使用量对积雪黑碳浓度的影响

4.7.3 大气稳定度对积雪黑碳浓度的影响

4.8 本章小结

2016 年东北雪粒径模拟及时空格局变化'>第5章 2000²016 年东北雪粒径模拟及时空格局变化

5.1 东北年均雪粒径时间变化

5.2 东北年均雪粒径空间分布

2016 年东北雪粒径空间变化特征'> 5.3 2001²016 年东北雪粒径空间变化特征

2016 年东北雪粒径年内空间变化特征'> 5.3.1 2001²016 年东北雪粒径年内空间变化特征

2016 年中国东北雪粒径年际空间变化特征'> 5.3.2 2001²016 年中国东北雪粒径年际空间变化特征

5.4 东北雪粒径月变化特征分析

5.4.1 东北各月雪粒径时间变化特征

5.4.2 东北各月雪粒径空间变化特征

5.5 东北各省雪粒径变化分析

5.6 本章小结

结论与讨论

结论

讨论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑艳姣

导师: 张丽娟

关键词: 黑碳浓度,雪粒径,模拟,时空变化,东北

来源: 哈尔滨师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 哈尔滨师范大学

分类号: P426.63

总页数: 76

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2001～2016年东北积雪黑碳浓度和雪粒径时空变化特征分析

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