1960–2005年，中国城市群的晴天日照时数和散射辐射百分比的变化趋势外文翻译资料

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1960–2005年，中国城市群的晴天日照时数和散射辐射百分比的变化趋势

关键词： 晴天日照时数 散射辐射百分比 年变化

摘要:

分别在7个城市群和整个中国分析1960–2005期间晴天日照时数（SD）和散射辐射百分比的长期观测数据（散射辐射百分比定义为散射辐射/总辐射，DRP），数据表明，在过去的46年里，除了几个站，中国西北部晴天日照时数明显降低。在中国东部，晴天日照时数也明显降低，且趋势系数低于-0.8。在过去46年里，伴随着晴天日照时数的下降，太阳散射辐射百分比在大多数站具有明显的增长趋势，表现为平均每十年在中国增加2.33%，而平均晴天日照时数显示在十年里以0.13小时/天减少。太阳散射辐射百分比和晴天日照时数之间的相关系数是-0.88。在过去的46年中，尤其是在大城市和中等城市，主要是由于以气溶胶光学厚度和对流层NO2柱为代表的强烈的人为活动和空气污染。1960至2005，晴天日照时数和太阳散射辐射百分比有一个相反的趋势，且变化趋势表明中国东南部比中国西北部的变化更明显。

前言:

在过去十几年，中国已经成为世界上一个拥有最密集人口和迅速工业化的国家，人口与人类活动的快速增长已造成气溶胶排放量和他们前体的持续增加。这样一个显着增加的污染物排放量，可以导致大气中人为气溶胶装载量的显着增加，并可以通过气溶胶的辐射强迫进一步影响区域气候和水文循环^[1-2]。气溶胶可以直接通过散射以及吸收太阳辐射（直接影响）或间接通过它们作为云凝结核（CCN）的能力增加云的反射率和寿命（间接作用）间接衰减表面太阳辐射，从而进一步降低日照时间^[3]。在中国1996-2000年间，表面的太阳辐射总量和直流分量显著下降，但散射辐射无显著线性趋势存在^[4]。中国在1981 - 2005年期间，1990年之后能见度以每十年minus;2.1公里表现出显著的减少趋势^[5]。1961年到2005年期间，中国年日照时数和总云量的减少已经由每十年-1.2％变为-1.7％，由于气溶胶水平的增加也出现了一些专注于日照时间和太阳辐射的长期研究^[6-7]。然而，上述提及到的研究使用的是在所有天气条件下的日照时数数据和太阳辐射数据^[8-9]，在晴天日照时数和太阳辐射的变化趋势以及数据之间关系的讨论的在以往的研究很少。

在这篇文章中，我们主要集中在日照时数、散射辐射百分比（定义为散射太阳辐射/太阳辐射总量）和人为气溶胶之间的长期趋势和可能存在的关系。在晴天，每天的日照时数和散射辐射百分比数据才被选中。这和很多以往数据的选择不同，以往是在各种天气条件下，包含着一些气象因素如云，雾，相对湿度污染下的数据。因此，我们是在相对湿度数据和总云量数据定义的限制下使用中国扩展气象站网络所的最新数据和每天的日照时间、散射辐射百分比的数据。只有日照时数和散射辐射百分比数据满足一个阳光明媚的天空（日平均总云量小于0.2）和较低的相对湿度（RHle;70％）的要求可以被定义为晴天日照时数，晴天散射辐射百分比也通过这个标准来定义。这项工作试图调查受气溶胶长期影响下的日照时数、散射辐射百分比。

1. 资料与方法

在1960-2005期间，从中国650个气象站获得的每日日照时数数据，气象站的地理位置如下图所示。日照时间的质量控制程序的应用是在吴等人^[19]工作的基础上。简言之，基本规则如下：排除总云量覆盖高于20%、相对湿度高于70%的数据。在排除数据丢失过多的站点之后，只有47个监测站的SDRP数据被使用。此外, MODIS气溶胶选择深度（AOD）数据（1°times;1°经度和纬度的分辨率）和OMI对流层柱浓度（TroNO2）数据（0.25°times;0.25°）被使用，这是来自网站http://modis.gsfc.nasa.gov/和http://ozoneaq.gsfc.nasa.gov/。在这次分析中，我们还使用了最近46年的总能耗，车辆的使用和国内生产总值，这些类别的年度数据来自中国国家统计局(http://www.stats.gov.cn/).

城市群7个地区中的650气象站在中国的位置，NE中国东北

为了揭示城市群的SSD的差异，吴等人^[19]将中国650站分为：大城市、中等城市和小城市（2012）。基于2005城市的人口规模，大城市是指人口超过1000000、中等城市是指人口在500000和1000000之间、小城市是指人口小于，分别对应的站数为192，94和364。此外,许多小城市,特别是在中国东部,靠近大中城市(在100 - 200公里)，在这短距离的运输中产生的空气污染可能会使大中城市周边小城市在有着较低SSD数值，这就是为什么SSD在不同地区特点的分析是必不可少的，我们将中国的总面积为7个区域，其中包括中国东北（NE）、华北地区（含北京天津数控，河北城市群）、西北（NW）、中国中部（CC），东中国（EC，长江三角洲城市群），中国西南（SW）和中国南方地区（SC，珠江三角洲城市群）。分布的区域如图1所示。

趋势系数RXT（细节由吴等人^[1]提供，2012）计算方法如下：RXT定义为第n个元素之间的相关系数（年）的时间序列和自然数1，2，3，hellip;，n：

N是代表年，Xi代表在第i年的元素的大小，X代表平均样本变量，以及t = (n 1)/2。如果RXT正（负），变量）代表在N年有增加（减少）的趋势。此外，回归分析的统计方法，趋势拟合和相关性分析中也在本次研究中使用了。

2． 1960 -2005年SSD 和SDRP的变化趋势

2.1．中国SSD和SDRP的年际变化

图二

(a)650站中SSD的趋势系数

（b）47站中SSD的趋势系数

（C）47站中SDRP的趋势系数

图2：1960到2005 SSD的空间分布趋势系数（GS（2015）991），（a）650个站点（b）47个站点（c）SDRP，具有开放圆的站趋势指标表示99％的置信水平是显着的。SSD：晴天日照时数SDRP：散射辐射百分比定义为散射辐射/总辐射

图2显示了SSD和SDRP趋势系数的空间分布格局。在中国西北、东北和西南，SSD有一个明显的下降，其大部分站超过99%的置信水平（图2a，b），除少数站点外，如新疆省南部，扬子江的上游，西藏高原东部、云南省东部及内蒙古省，这是由于当地人口密度小，环境质量保持良好。趋势系数低于0.8分布在中国西北东部，中国东北南部，中国北部，扬子江中下游和东南中国沿海地区，而大多数大中型城市分布在这些地方。相比之下，趋势系数在0.8以上的大部分站点呈显著的增加趋势，特别是在中国东南部（图2c），1960–2005年中国SSD和SDRP之间相反的趋势变化可能归因于人为污染，污染物排放量的急剧增加可能会导致显著人为气溶胶和相关二次气溶胶的增加，大气中增强的气溶胶可能会进一步减少太阳辐射到达地面，从而提高 SDRP和降低SSD(钱等人^[19], 2006, 2007; Norris和 Wild^[17], 2009; Wild等人^[17], 2009).

图3显示了SSD和SDRP的平均时间序列。这表明，1960-2005年SDRP（47站）不断增加，在1992和1983达到一个高峰这与钱等人^[12]的结果是一致的（2007）。每10年SDRP回归系数是2.33% ，其趋势系数为0.86，超过了99.9%的置信水平。相反，每十年在650站也显示平均SSD减少的趋势minus;0.13小时/天，有两个波谷分别在在 1980年代初和1990年代初。它可以发现,SSD平均值47站相关的趋势与650站在同一时期,自1980年以来两个较低的值。SDRP和SSD(47站)之间的相关系数是minus;0.88，超过99.9%的置信水平。

图3–SSD从1960到2005年的平均年际变化和（共650站、47站为SDRP）SSD：晴天日照时数SDRP：散射辐射百分比定义为散射辐射/总辐射

2.2．在中国三种规模城市中SSD的平均际变化

图4显示了中国三种规模城市中SSD的平均际变化。从1960年到2005年每一个城市群SSD呈现下降趋势,尤其是在大城市和中等城市，趋势系数中等城市和大城市分别为0.81和0.78,超过了99.9%的置信水平。SSD在大城市和中等城市的下降趋势比小城市更明显，基于图4所示的模式，这可能是由于不断增强的人口密集和人为活动产生的气溶胶所造成的。在三级城市的SSD分为三个阶段，分别为：1、1960-1966—（第一时期）；2、1967-1983（第二时期）；3、1984-2005（第三时期）。第一时期：显示了SSD增加的趋势，从9.6到10.1小时/天，然而，在第二时期观察到SSD大幅减少，可以看到大城市中的SSD下降到9.1小时/天，在这段时间在SSD的下降无疑是连接经济快速增长的中国工业发展造成，由于人为气溶胶污染变得越来越严重（ Larssen and Carmichael, 2000），这迫使政府制定了一系列严格的污染控制措施，如限制燃料的硫含量和减少大型电厂的二氧化硫和氮氧化物排放量，在这期间，至少部分是由于这些污染控制使得SSD在城市群中表现出轻微的改良过程。相比之下，大城市和小城市之间的差异值较小在1和2之间，但更大的周期3可能是由于各类型城市发展经济水平不同产生的。

图.4 -中国三种规模城市中SSD的平均际变化。

2.3 中国区域尺度上SSD和SDRP的年际变化

在大中型城市的空气污染可流通到相邻的小城市，所以在在小城市中SSD和SDRP可被定位为大中城市的影响。在这里，我们将中国分为七个区域，每个区域包含一个城市群，图5显示了年平均SSD异常和SDRP异常区域的时间序列, ，在1960〜2005年期间，所有地区的SSD和SDRP之间也存在相反的趋势，这与所有站台平均的平均值相似（图3 ）。显然，NC，CC，EC和SC中SSD的减少趋势比NE，NW和SW更明显，NC，CC，EC和SC中SDRP的增加趋势也明显高于NE， NW和SW。不同地区SSD和SDRP的统计数据如表1所示：中国东南部SSD和SDRP的趋势和回归系数大于西北地区。 在过去46年中，中国东南部SSD和SDRP的趋势比中国西北部更强的可能原因可能是人口和人为活动的快速增长，这可以导致连续增加的气溶胶及其前体的水平（吴等人，2012），即使在中等和大城市附近的一些小城市。

图5 - 中国区域平均SSD异常和SDRP异常的年际变化。SSD：阳光日照时间，SDRP：晴天弥漫辐射百分比。 NE为东北，NC为华北，NW为西北，CC为华中，EC为华东，SW为西南，SC为华南

2.4中国AOD和TroNO2的空间分布以及能源消耗的变化

图6显示了AOD和TroNO2的空间分布。高值分布在华东地区，与SSD和SDRP在中国的趋势相关，最大值位于华北平原（京津冀城市群），长江三角洲，珠江三角洲和四川盆地， 这些地区是中国发展最快的地区。我们不能计算人类气溶胶的长期趋势，因为数据不能从早期获得，然而一些因素，如总能源消耗，汽车使用和国内生产总值是人类活动产生的大气气溶胶的良好指标。图7显示，中国的总能源消耗，汽车使用和GDP从1960年持续增长到2005年，这表明在过去50年中大气污染的增加可能产生了严重影响SSD和SDRP的雾霾。

3.结论和讨论

通过分析1960年至2005年晴天SD和DRP的趋势，我们发现SSD在中国大部分地区显着减少，除了在中国西北部的几个站。最明显的减少站（趋势系数低于

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