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目 录

1.引言 1

2. 数据资料和方法 2

2.1 数据资料 2

2.1.1大气污染指数 2

2.1.2各市地理和气候特点 3

2.2 方法 4

2.2.1污染/清洁大气的划分 4

2.2.2. 相关系数 5

2.2.2.1.相关系数的计算 5

2.2.3.多元线性回归 6

2.2.3.1.回归模型的建立 6

2.2.3.2.数据标准化 6

2.2.3.3 多元线性回归方程的显著性检验 7

2.2.3.4 多元线性回归方程回归系数的显著性检验 7

2.2.3.5回归方程的拟合优度检验 8

3.结果与讨论 9

3.1 相关系数 9

3.1.1北京 9

3.1.2上海 11

3.2标准化回归系数 13

3.2.1北京 13

3.2.2上海 15

3.3标准化多元线性回归方程拟合结果分析 18

3.3.1调整R² 18

3.3.2 残差分析 18

参考文献 19

致谢 21

大气污染物和气象要素的相关性分析

李一龙

，China

Abstract: Using the API(air pollution index) data of Shanghai and Beijing published by relevant websites , the air condition is divided into two kinds including polluted and clean air condition. According to the correlation coefficient method, calculate correlation coefficients between API and different meteorological elements including daily precipitation, daily wind speed, daily temperature, daily relative humidity, daliy sunshine hours, daily air pressure. The calculated correlation coefficients above were tested by T-test method. At the significance level of 0.05, screening out meteorological elements significantly correlated with the air pollution index, and standard the air pollution index data and meteorological data by z-score method. Taking the air pollution index date as the dependent variable, and other meteorological factors as the dependent variable, establish a standardized multivariate linear regression equation for the whole year and different air pollution conditions. Comparing the effects of precipitation and other meteorological factors on air pollution by standardized regression coefficients , provide a basis for reducing air pollution from the perspective of atmospheric science and discuss whether measures such as artificial rainfall can reduce air pollution. The results show that air pollution is mainly affected by wind speed, air pressure and air temperature, and it is less affected by precipitation.

Key words：API（Air Pollution Index）;Correlation coefficient ;standardization ;Multiple linear regression

1.引言

最近几年，伴随着我国工业化和城市化的不断推进，我国的自然环境遭受到了十分严重的破坏，大气空气的污染日趋严重，一个十分直观的感受是雾霾天气发生的天数明显增加了，pm2.5、pm10等空气质量指标也从之鲜有人知的状态变成现在人们每天挂在嘴边的日常词汇。根据统计，京津冀、长三角、珠三角和西南地区已成为我国雾霾灾害最为频发的地区。工业燃料燃烧产生的有害废气、居民生活燃煤产生的煤烟、汽车尾气排放产生的氮氧化物等有害气体以及农业生物质燃烧产生的气溶胶颗粒物均成为大气的重要污染源。这些污染物未经处理便被排放到大气中，在不利于污染物扩散的气候及气象条件下不断地积累，甚至还与大气中的其他物质发生物理、化学反应而生成二次污染物，致使雾霾现象频繁发生，同时还伴随着大气能见度的急剧降低。同时人类活动即人为因素已被公认是造成大气污染的主要原因。大气污染，对全球水循环、大气环境、人类身体健康乃至农作物发育生长均有着极大的影响和危害，已成为目前社会各界最为关注的热点问题之一，同时也是大气科学学科亟待探究和破解的难题之一。

而近年来我国经常有极端性降雨和气候变化发生，因此可以猜测大气污染物和气象要素之间有着一定的联系。通过分析大气污染和气象要素的相关性，探讨雾霾现象的产生对于降雨的形成是促进还是抑制作用,同时分析大气污染和其他气象要素的相关性，通过比较降雨和其他气象要素对于大气污染的影响作用，以此来探讨大气污染的有效防治措施例如通过人工降雨减少雾霾等措施的可能性，对于解决当前较为严重的雾霾天气状况提供部分理论依据，同时对科学防御雾霾灾害以及做好雾霾监测预报工作也具有十分重大的现实意义。

降雨的形成，一般需要三个主要条件：（1）降雨区域要有能够产生降雨的足够水汽，即水汽输送条件；（2）在降雨区域内，水汽辐合上升后经绝热膨胀冷却过程而凝结为云滴，即垂直运动条件；（3）云滴必须不断增长变为雨滴时才能降落，即云滴增长的微物理条件。作为降雨的一个重要影响因子，大气污染物与形成降雨的后两个条件十分相关。大气污染对于降雨的影响并不是单一的促进作用，就气溶胶而言，气溶胶-云-降雨的相互影响是十分复杂的，总体来说是当气溶胶浓度上升时, 降雨过程受到抑制作用,降雨量有减少趋势,但也存在降雨增加的例子。

至今，关于气溶胶和降雨效应的定量甚至定性评估的研究结果尚存在争议。一些观测（Rosenfeld，2000）和模式研究（Wang，2011b）表明，当大陆气溶胶增加时，云滴半径可能减小，进而抑制云滴碰并和暖云降雨；而在一些其他观测（Virts，2011）和模式研究（Wang等，2011a）中结果显示气溶胶的增多可能促使对流性降雨增加。因此，在不同地区，利用不同观测和模拟手段得出了两种截然不同的结果：气溶胶能够促进或降雨。不同云型、下垫面差异、气溶胶类型以及不同的气象条件等因素均可能是产生这种差异的原因（Fan等，2009）。

Deng (2014)运用经验正交函数EOF方法分析得出的研究结果表明，在气候变暖的大背景下，影响西北太平洋至中国内陆地区区域降雨年际变化的因素主要包括ENSO现象、东亚夏季风和气溶胶。其中，虽然气溶胶仅仅是影响区域降雨的一部分因素，但其影响作用不可忽略。在大气环境相对清洁的区域，干季时更多的气溶胶经常伴随着较小的云滴有效半径和较少的云量，进而对降雨有抑制作用，雨季时夏季风对降雨的影响占主导作用；而在严重污染的区域，无论在干季还是雨季，气溶胶的增多都会促进降雨。因此，气溶胶对降雨的影响不仅取决于大气污染程度，而且还随季节大气的水汽变量化而变化。

综上所述，现有的大量的研究表明，大气中污染物的存在促进或者抑制降雨的不同结果，往往取决于气溶胶的类型，云型、气象条件、区域下垫面特征，地理位置和季节变化等因素(Tao，2007)。]

2. 数据资料和方法

2.1 数据资料

本文采用的气象要素数据资料来自气象台，数据包括北京市2009年至2012年和上海2001年至2007年的每日降雨量，平均风速、平均气温、平均相对湿度、日照时数、平均气压值。本文采用的大气污染指数API（Air Pollution Index）数据来自网站http://www.stateair.net，数据包括北京市2009年至2012年和上海2001年至2007年的每日大气污染指数值。

2.1.1大气污染指数

大气污染指数（API）是一种评价和反应空气质量的统计量，将不容易理解的污染物浓度转化成简单的数值形式，便于直观表现大气质量状况和空气污染的程度。空气污染指数API的分级标准为：

2.1.2各市地理和气候特点

北京位于东经115.7°—117.4°，北纬39.4°—41.6°，总面积16410.54平方千米。地理上北京处于华北平原的北部，与渤海湾相邻，北面是辽东半岛，南临山东半岛，同时与天津相邻。北京的气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季天气特点为高温多雨，冬季天气特点为寒冷干燥，春、秋时节短促。降雨时间上分配不均匀，全年降雨的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月常有大雨发生。

图1 北京2012年月平均API值及月平均降雨量曲线图

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