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Arid
石羊河流域大气降水特征变化及对沙尘天气的指示意义
李宗杰
出版年2017
学位类型硕士
导师田青
学位授予单位甘肃农业大学
中文摘要沙尘天气主要受下垫面以及大气运动情况的综合影响,干旱区的荒漠戈壁以及植被覆盖非常低接近裸露的地球表面为沙尘天气的发生提供了充足的沙尘源物质,不稳定的空气和气流是沙尘天气发生的动力源,沙尘源和动力源是沙尘天气发生的必不可少的两个条件。众多的科学家已经对沙尘天气发生的条件包括沙尘源以及动力源都开展了广泛的研究,当然关于沙尘天气发生条件的相关研究也是系统了解和研究沙尘天气,从而有效治理沙尘天气的主要途径之一,但是要更加科学的预报和防治沙尘天气,更应该从降水化学的角度去分析和探讨沙尘天气发生的机理和主要影响因素。由于干旱地区大气降水的独特意义就是对沙尘天气的指示,而大气降水中主要阴阳离子的浓度在某种程度上也反映了大气降水中化学物质成分以及大气中物质成分的变化,大气降水是清洁和净化研究区大气污染环境的最为有效的途径之一,随着大气降水事件的发生以及对大气环境的清洁与净化,使得大量的漂浮在大气环境中的污染物质进入到降水中,这就导致大气降水中主要阴阳离子浓度发生相应的变化,最终使得大气降水的p H、EC和主要阴阳离子浓度也发生了变化,因此大气降水的p H、EC和离子浓度变化也在一定程度上反映了大气环境的变化状况。而目前关于沙尘天气的研究主要致力于观测分析、成因与预报、卫星遥感监测和地球化学示踪等领域,而大气降水化学对沙尘天气指示的相关研究只是停留在某些气候因子与沙尘天气的关系研究方面,有关大气降水特征变化对沙尘天气指示作用的相关报道目前并不多见。本文通过分析石羊河流域的大气降水特征变化和石羊河流域的大气降水特征的时空变化,对石羊河流域的降水类型和大气降水离子的主要来源进行分析,最后探讨p H、EC以及大气降水主要离子对石羊河流域沙尘天气的指示意义。结果表明:通过对石羊河流域一个水文年大气降水样品的分析,石羊河流域大气降水中p H值的变化范围为从6.62到8.53,其平均值为7.46,偏碱性。石羊河流域的大气降水绝大多数集中在p H值在7-8之间;从季节变化来看,石羊河流域春季(7.55)的p H值最大,其次为冬季(7.46)和夏季(7.46),而石羊河流域秋季(7.36)的p H值最小;从石羊河流域p H值的空间变化来看,从石羊河流域的上游到下游p H值呈逐渐增加的趋势(R2=0.8724),石羊河流域上游p H值的平均值为7.36,石羊河流域中游p H值的平均值为7.55,而石羊河流域下游p H值的平均值为7.6。从每个观测站点的p H值来看,黑松驿、民勤、古浪、武威、西大河、九条岭和乌鞘岭的p H值分别为7.63、7.6、7.52、7.51、7.36、7.36和7.36;石羊河流域大气降水样品EC的变化范围在17.28-787.00μS/cm之间,最大值出现在2014年2月28日,最小值出现在2013年8月11日,EC的平均值为179.68μS/cm。通过对石羊河流域EC季节变化的分析来看,石羊河流域冬季(261.15μS/cm)的EC值最大,其次为春季(238.76μS/cm),接下来是秋季(187.02μS/cm)的EC值,而夏季(140.19μS/cm)的EC值最小。冬春两季的EC值相差不大但明显高于夏秋两季的EC值。通过对石羊河流域EC空间变化的分析来看,从上游到下游石羊河流域的EC的变化与研究区p H值的空间变化一致都呈增加的趋势。从每个观测站点的EC值来看,中游黑松驿的EC值最高,为225.93μS/cm,其次为西大河(218.58μS/cm),民勤、武威、古浪、九条岭和乌鞘岭的EC值分别为176.06μS/cm、175.58μS/cm、155.98μS/cm、105.30μS/cm和104.23μS/cm;通过对石羊河流域一个水文年降水中离子浓度的分析表明,SO_4~(2-)、Ca~(2+)、NO_3~-、Cl~-、Na~+、K~+、Mg~(2+)、NH_4~+、NO_2~-和F~-的离子浓度为28.74μeq/L、17.77μeq/L、12.16μeq/L、8.24μeq/L、5.71μeq/L、3.83μeq/L、3.42μeq/L、1.97μeq/L、0.44μeq/L和0.19μeq/L。从石羊河流域大气降水中阴阳离子浓度的整体大小来看,Ca~(2+)和Na~+的浓度占了阳离子总离子浓度的71.08%,所以Ca~(2+)和Na~+是石羊河流域大气降水中最为重要的两个阳离子。而SO_4~(2-)和NO_3~-的浓度占了阴离子总离子浓度的82.18%,所以SO_4~(2-)和NO_3~-是石羊河流域大气降水中主要的阴离子。因此从阴阳离子浓度变化的整体情况来看,石羊河流域的主要降水类型为SO_4~(2-)-Ca~(2+)-NO_3~-,且SO_4~(2-)、Ca~(2+)和NO_3~-离子浓度之和占石羊河流域总离子浓度的71.14%,其中SO_4~(2-)、Ca~(2+)和NO_3~-分别占总离子浓度的34.85%、21.55%、14.75%;九条岭的阳离子浓度大小顺序(Ca~(2+)>Na~+>K~+>NH_4~+>Mg~(2+))基本与西大河(Ca~(2+)>Na~+>K~+>Mg~(2+)>NH_4~+)的阳离子浓度大小顺序相同。西大河、九条岭和乌鞘岭的主要阴离子大小顺序都为SO_4~(2-)>NO_3~->Cl~-。古浪和黑松驿的阳离子浓度相同为Ca~(2+)>Na~+>Mg~(2+)>K~+>NH_4~+,而古浪与武威的阴离子浓度基本相同,但与黑松驿的完全不同。民勤属于石羊河流域的下游区域,阴阳离子浓度的大小顺序为NO_3~->Ca~(2+)>Cl~->SO_4~(2-)>Na~+>NH_4~+>K~+>Mg~(2+)>NO_2~->F~-,离子浓度值分别为13.94、13.51、12.28、12.06、6.17、4.35、2.68、1.68、0.25和0.06μeq/L;石羊河流域的阴阳离子浓度表现出明显的季节变化,石羊河流域的离子浓度的季节大小变化为:冬季(16.38μeq/L)石羊河流域的离子浓度最大,其次为春季(9.22μeq/L)的离子浓度,而春季的离子浓度略大于秋季(9.20μeq/L)的离子浓度,夏季的离子浓度最小为5.54μeq/L,石羊河流域冬春季大气降水样品中的离子浓度较高,而夏季离子浓度最低;通过相关性分析、因子分析、富集因子分析和端元贡献分析表明,石羊河流域大气降水中的阴阳离子主要受控于地壳源和人为源。通过后向轨迹分析表明,在干季,粉尘随西风环流从中亚和西亚以及中国西北沙尘源地区到达研究区,而在湿季,粉尘通过来自于印度洋和太平洋的季风环流到达研究区。因此可以将石羊河流域的降水类型主要分为混合降水类型(包括季风和西风的共同影响)、西风降水类型和季风降水类型。研究区在采样期间的所有降水样品中季风降水占了19%,西风降水占了33%,而混合降水占了总降水次数的48%;通过对石羊河流域p H、EC和阴阳离子浓度对典型沙尘天气的指示来看,随着沙尘天气的发生p H和EC均呈增加趋势,但大气降水p H和EC对沙尘天气的指示还受气候因子的影响,特别是风速的影响。典型的沙尘天气发生后,石羊河流域降水中阴阳离子整体呈增加的趋势。从典型沙尘天气发生前后石羊河流域阳离子浓度的整体变化来看,三次典型沙尘天气发生后,Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)和NH_4~+的变化平均值分别为22.62μeq/L、17.17μeq/L、9.83μeq/L、42.03μeq/L和-0.05μeq/L。沙尘天气发生后最为敏感的阳离子是Ca~(2+),其次为Na~+,K~+和Mg~(2+)居中,而NH_4~+是最不敏感的阳离子。三次典型沙尘天气发生后阴离子浓度平均变化的大小顺序为SO_4~(2-)>NO_3~->Cl~->F~->NO_2~-,阴离子浓度的平均变化值分别为40.92μeq/L、24.33μeq/L、21.10μeq/L、0.08μeq/L和0μeq/L。沙尘天气发生后石羊河流域阴离子浓度变化最敏感的离子是SO_4~(2-),其次为NO_3~-,Cl~-仅次于NO_3~-,而NO_2~-基本不随沙尘天气的发生而变化。
中文关键词降水特征 ; 沙尘天气 ; 指示意义 ; 石羊河流域
语种中文
国家中国
URLhttp://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1017825063.nh&DbName=CMFD2018
来源机构甘肃农业大学
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257101
推荐引用方式
GB/T 7714		 李宗杰. 石羊河流域大气降水特征变化及对沙尘天气的指示意义[D]. 甘肃农业大学,2017.
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