环境
利用常规观测、FY-2G卫星、雷达、全球同化系统(GDAS)及NCEP(1°×1°)再分析等资料,分析2020年4月17-24日南疆西部喀什地区极端暴雨过程。结果表明:此次极端暴雨是在100hPa南亚高压呈东部型的大尺度环流背景下,主要影响系统为500hPa中亚低涡(槽)和700~850hPa切变线;低层辐合、高层辐散的发展及持续为暴雨提供动力支持;暴雨过程中低层θse均随高度增加而减小,为暴雨产生提供了较好的不稳定条件;且中低层水汽充沛,700hPa喀什地区水汽辐合中心强度达-10×10-6g/(cm2·hPa·s),比湿≥5g/kg。雷达回波图上单体风暴或线性多单体风暴持续多个体扫导致强降水的发生,风暴最大反射率因子≥55dBZ,径向速度图上具有明显的中小尺度辐合特征;TBB低值区与降雨落区紧密结合,强降雨发生在TBB梯度最大处,且TBB等值线越密集雨强越强。
根据郑州市2014~2017年大气主要污染物和气象数据的在线监测数据,分析了各污染物的浓度水平、季节变化、比值特征及气象条件影响.结果表明,2014~2017年郑州市大气中PM2.5和PM10的年均质量浓度分别为(88.1±49.8)、(95.8±60.2)、(78.6±70.3)、(72.0±53.5)μg·m-3和(158.5±65.3)、(167.7±82.6)、(144.5±91.5)、(132.7±70.3)μg·m-3,均超过我国年度二级标准限值的两倍左右.4年来,郑州市空气质量虽有所改善,但颗粒污染问题仍旧没有从根本上解决,且夏季O3-8h超标问题日益突出.利用特征比值法进行来源判断,结果表明燃烧源和二次生成是郑州市大气中PM2.5的主要贡献源,其中燃煤的贡献逐年下降,移动源的贡献逐年上升.此外,低风速、高湿度和降水少是造成大气污染严重的重要气象因素.利用潜在源贡献因子法(PSCF)和浓度权重轨迹法(CWT)分析了郑州市PM2.5潜在来源分布及其贡献特征,结果表明,PM2.5污染源区主要分布在河南省内的周边城市以及山西南部、陕西东部、湖北北部、山东西北部、河北南部等相邻省
为研究基因表达对须糖多孢菌(padRSaccharopolysporapogona)次级代谢产物生物合成及相关蛋白表达的影响,在对须糖多孢菌基因组测序结果的基础上,从基因组中克隆了下游同源臂之间,将融合片段与穿梭载体将硫链丝菌素抗性基因插入上、padR基因上下游同源臂,利用融合、PCR连接,构建敲除载体pOJ260pOJ260-UHA-通过接合转移将其导入野生型须糖多孢菌中,通过同源臂双交换获得须糖多孢菌敲除菌株检测分析,敲除菌株次级代谢产物丁烯基多杀菌素产量与原始菌株相比提高了S.pogona-,且有个基因的敲除能够有效促进须糖多孢菌丁烯基多杀菌素的生物合基因表达在链27.3%7padRtsr-DHA。经HPLCΔpadR。转运相关蛋白出现表达上调成霉菌次级代谢产物合成中的作用打下了基础这一研究表明。。padR。该研究对优化须糖多孢菌丁烯基多杀菌素的生物合成途径具有一定的指导意义,为研究
《中共中央国务院关于推动高质量发展的意见》明确指出,要把维护人民群众利益摆在更加突出位置,带动引领整体高质量发展。中国城市化进程正处于关键转型期,要树立以人民为中心的发展思想,加快转变城市发展方式,厘清城市高质量发展的理论体系,明晰城市高质量发展的实施路径,既是今后城市建设的战略导向与主体内容,又是破解中国不同区域各种“城市病”的关键抓手。本文在解析城市高质量发展的科学内涵及理论支撑的基础上,利用课题组多年积累的问卷调研数据分析了中国城市高质量发展亟待解决的问题,并提出了城市高质量发展的四个发展导向。
无摘要
SWMM相比于传统的在5min;集约型绿色屋顶的滞蓄能力高,径流总量控制率达模型中添加低影响开发设施以后得出研究区域改造前后对比效果的研究,应更加了解导致产生不同结果的具体影响因素,便于以后制定“因地制宜”的海绵城市建设方案。通过采用单一敏感性分析法,对比改变单一参数得到的模型模拟结果,确定绿色屋顶的各项参数对于模型计算结果的影响。得到试验结果:粗放型绿色屋顶排水能力强,形成径流时间相64.4%,高于比于集约型绿色屋顶提前了粗放型绿色屋顶对径流总量的控制率61.3%;土壤层为沙土的绿色屋顶下渗率最大,粘土最小。研究得出结论:首先在相同土壤组织类型条件下,绿色屋顶的土壤层厚度对于降雨径流的影响最大,其次是同一降雨事件发生在同一个屋顶的情况下,土壤层土壤组织类型会对降雨径流影响,最后植被容积小数虽然在模型中对于结果的影响并不大,但是在现实生活中由于植被根茎对于雨水的滞留和对土壤的团化作用,也有着十分重要的影响。低影响开发设施文献标识码:A植被容积小数文章编号:1002-8471(2020)S1-0858-05模型关键词SWMM中图分类号:X45DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2020.S1.191土壤层ResearchoninfluencingfactorsofgreenroofZhaoTinghong,JiaoJiao(SchoolofEnergyandPowerEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)Abstract:ComparedwiththetraditionalresearchonthecomparativeeffectoftheresearchareabeforeandafterthetransformationafteraddingthelowimpactdevelopmentfacilitiestotheSWMMmodel,weshouldknowmoreaboutthespecificinfluencingfactorsthatleadtodifferentresults,soastoformulatethespongecityconstructionplanof“adjustingmeasurestolocalcondi-tions”inthefuture.Byusingthesinglesensitivityanalysismethodandcomparingthesimulationresultsobtainedbychangingthesingleparameters,theinfluenceoftheparametersofgreenroofonthecalculationresultsofthemodelisdetermined.Theexperimentalresultsshowthatthedrainagecapacityoftheextensivegreenroofisstrong,andtherunofftimeis5minutesearlierthanthatoftheintensivegreenroof;thestoragecapacityoftheintensivegreenroofishigh,andthetotalrun-offcontrolrateis64.4%,whichishigherthanthatoftheextensivegreenroof,whichis61.3%;theinfiltrationrateofthegreenroofwithsandlayeristhelargest,andtheclaylayeristhesmal-lest.Theresultsshowthat:firstly,underthesamesoilorganizationtype,thethicknessofsoillay-erofgreenroofhasthegreatestinfluenceonrainfallrunoff,secondly,underthesamerainfalle-基金项目:国家自然科学基金(51509122;51369014)。858第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020ventonthesameroof,thesoilorganizationtypeofsoillayerwillhaveaninfluenceonrainfallrun-off,andthelastvegetationvolumefractionhaslittleinfluenceontheresultsinthemodel,butitisinrealityTherootsofvegetationalsohaveaveryimportantinfluenceontheretentionofrainwaterandtheaggregationofsoil.Keywords:SWMMmodel;Lowimpactdevelopmentfacilities;Soillayer;Vegetationvolumedecimal。,,,、、。。(0坡度雨水渗透池生物滞留池但其对于屋顶的承重能力产流时间等特性各不相同、引言海绵城市的渗透技术措施分为绿色屋顶下凹式绿地、透水、塘和铺装)绿色屋顶是一种绿色低影响开发设施雨水渗井,该低影响开发设施可有效降低雨也称为绿化屋面绿色水中污染物负荷和降雨径流总量和降雨峰值不同类型绿色屋顶的屋顶的土壤层具有渗透作用渗透能力虽然绿色屋顶这一低影响开发设施可带来许多关于雨水控制利用的积极影响时间与空间条件和防水等均有严格要求根据种植基景观复杂程度和选配质深度植物的种类数可以分为粗放型绿色屋顶和集约型,也称为简单式绿色屋顶和花园式绿色屋绿色屋顶,集约型顶基质深度一般为绿色屋顶由于需要搭配种植乔木粗放型绿色屋顶由于对景观效果集约型雕、所以粗放型绿色屋顶在为建可根据不同需求选择不同种类600mm要求偏低绿色屋顶对于景观效果要求较高像等景观设施占用屋顶面积的植被容积小数普遍大于集约型绿色屋顶筑添加绿色屋顶时的绿色屋顶[4]。以上[1-2];普遍采用单一种类植物植被层[3],,主要由土壤层组成(粗放型基质深度一般为需要设置假山,200mm以下)、、。、。,,,。,不同种类绿色屋顶对于降雨径流的影响11.1试验方法试验场地选用位于中国西北地区的甘肃省兰州适用性与市某住宅社区、雨洪管理模型选用俄亥俄州辛辛那提市付费情况,美国环境保护局国家风险管理研究与开发实验室开发的暴雨洪水管理模型综合考虑了软件的操作性,ManagementModel)区所示平面图与和CAD其中S8S45。SWMM(StormWater社作为本研究的建模软件[3]。子汇水区划分块如图为社区商业建筑楼顶区域1SWMM,958和S32为居民住宅楼楼顶区域选取以上子汇水,分,采用单因素敏感性分析法,添加集约型绿色屋顶S6区作为试验研究对象别对子汇水区和LID为原设施S6混凝土屋面个子汇水区在同一降雨事件和同种土壤组织类型条件下的降雨径流情况添加粗放型绿色屋顶不添加任何,设施对比对,设施,S8LIDLIDS45S8。4。图1SWMM子汇水区划分块Fig.1SWMMsubcatchmentareablockdiagram1.2参数选取选取兰州市38月年添加为新的按照2019钟降雨数据导入模型渗方法选取户手册与工程经验为相关参数取值最大入渗率地蓄水量17.13mm/h,,下渗法Horton曼宁值,,最小入渗率“2.54mm,添加的绿色屋顶的各项N0.013,与日降雨事件将住分,下时间序列用”。SWMMH5.1子汇水区3mm/h,子汇水区S32洼S8、S45所示S6土壤组织类型选取壤土作为研究定量,可知LID的土壤层厚度为与的土壤层厚度均为200mm,1为S60.2;S8S45的植被容积小数为0.18S45事件和同种土壤组织类型下和对比子汇水区0.13。参数如表。1由表植被容积小数与在同一降雨与600mm,S8S6,第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020可得出土壤层厚度对于降雨径流的影响S8汇水区的影响S8、S45得出低影响开发设施添加前后的区别S8将子汇水区;对比子;可得出植被容积小数对降雨径流可对比S32S45S6与与与,。表1绿色屋顶的各项参数LID子汇水区结构层Tab.1Lidparametersofgreenroof值)N)表面层S6土壤层排水垫层表面层S8土壤层排水垫层表面层S45土壤层排水垫层名称/mm曼宁()容积比(容积比()/mm/h/%/%/mm/mm/mm/mm护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比(产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度曼宁(护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比(产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度曼宁(护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比(产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度/mm/mm/mm/mm/mm/%曼宁()容积比(容积比()/mm/h值)N/mm曼宁(值)N))容积比(容积比()/mm/h值)N/mm曼宁(值)N)。。2,与,3,4S32S45对比可知S8、S6、S45径流截止时间和峰现时间如表、项时间指标均排名最后子汇水区可以知道径流形成时间与个子汇水区的产流产流径流将在屋面不添,低,日降雨事件后得出数据截止时间以及洪峰出现时间所示时间。时间是指绿色屋顶排水垫层产生径流的时间,截止时间是指排水垫层中径流停止产生的时间子汇水区加低影响开发设施时影响开发设施的积极影响显而易见与影响并不显著度内容积分数的根茎所占容积与土壤容积的分数对于降雨径流的影响并不显著S6对比可知粗放型型绿色屋顶相比于集约型绿色屋顶,集约型绿色屋顶相比于粗放型在排水效能方面更优,绿色屋顶滞蓄能力更强集约型绿,对于屋面的色屋顶具有极佳的景观效益与经济效益,承压能力并且初期造价,需根据不同用途的建筑以成本高,种绿色屋顶的选择及面对人群的需求决定S8对比可知植被容积小数对于各项时间指标的植被容积小数是指植被填充蓄水深在本试验中植被容积小数代表植物,植物,与防渗能力等均有严格要求、后期养护费用高、但在现实生活中,由此可知,子汇水区S8。。2。表个子汇水区的产流时间、径流截止时间和峰现时间24Tab.2Runoffgenerationtime,runoffcut-offtimeand子汇水区peaktimeoffoursubcatchmentareas产流时间径流截止时间峰现时间3与S6S8S8S6S45S32S32S45,S45水区2:31:002:03:002:05:002:10:000:07:000:20:000:18:000:14:000:54:000:51:000:51:000:51:00个子汇水区的降雨径流逐分钟变化如图子汇水区个子汇水区4所示。其余子汇水区,流量略高于子汇水区2a高峰径流量与总径流量远高于高峰径流量与总径而子汇水区与S8关于高峰径流量与总径流量相差不明显子汇子汇水区与S6的径流控制率为虽然粗放型绿色屋顶64.4%。S45对于径流的控制率高滞蓄能力强但同时这一现象,、也会加大屋顶的负荷对房屋的建筑结构安全造成负面影响继,续选取不同峰值位置与降雨强度的雨型进行模拟,得到降将雨径流逐分钟变化如图个子汇水区的径日降雨事件模拟结果年流曲线走向与降低试验偶发误差,日降雨事件添加至模型的径流控制率为为证实模拟结果61.3%,2b月2019所示12S8,4年月9,。,,201983数值2000.20.40.52000.4630.2320.1163.31088.9500.50.110000.180.40.56000.4630.2320.1163.31088.9500.50.110000.130.40.56000.4630.2320.1163.31088.9500.50.11.3试验结果将建立完成的值)NSWMM模型添加2019年月38068第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020、,、、11沙质粘土粉质粘土粘质壤土、种土壤组织类型粉质粘壤土、土土土壤总容积的分数孔隙水容积与总容积的相对值存土壤含湿量的临界数值在良好排干的土壤具有结合水时孔隙水容积与总容积的相对值,率是指土壤的饱和导水率的最小下渗速率度与土壤湿度亏损曲线水头粘孔隙率是指土壤孔隙容积与,产水能力是指土壤允许排干时枯萎点是指植物生仅仅导水,参数中导水率坡度是指导水率的平均坡吸水头是指土壤的毛细吸土壤组织类型参数如表,等价于Horton所示,,,,。,3表3土壤组织类型参数Tab.3Parametertableofsoiltissuetype土壤组织类型沙土壤质沙土砂质壤土壤土粉质壤土沙质粘壤土粘质壤土粉质粘壤土沙质粘土粉质粘土粘土厚度/mm孔隙率容积比(产水能力容积比()枯萎点容积比()导水率)/mm/h导水率坡度吸水头/mm2000.4370.0620.024120.3961049.0222000.4370.1050.04729.9721060.692000.4530.1900.08510.92210109.9822000.4630.2320.1163.3021088.92000.5010.2840.1356.60410169.9262000.3980.2440.1361.52410219.9642000.4640.3100.1871.01610210.0582000.4710.3420.2101.01610270.0022000.4300.3210.2210.50810240.032000.4790.3710.2510.50810290.0682000.4750.3780.2650.25410320.043---在以上壤土、粘土、《SWMM5.1种土壤组织中选取分别添加至模型,用户手册下渗参数种最具代表性11沙土的土壤在下,与工程经渗编辑器中根据验修改每种土质相应的如表所,4示加由于土壤中的植物根茎阻挡径流路径,,大下渗时长加大孔隙更易透水两方面的原因使得具有植物的土壤下率,渗速率大于具有很少或是没有植物的土壤当没有植物的沙土植物根茎易使土壤团质化粘土的最大下渗速率分别为、壤土、Horton其中》。;,,最小下渗速率是等价于土壤的导水率。mm/h、76.2mm/h、25.4mm/h下渗速率应大于该值线中的最小下渗速率常数单位为区的土壤径流量与下渗量的关系常用数值范围在为对象1/h,S6,2~7。分别观察降雨事件发生时,,Horton127本试验的最大曲衰减以子汇水不同种类。时,。2.2试验结果选取雨量计168,年日降雨数据作为本模型的2019将每种类型的土壤设置为不同土壤层参月83图2降雨径流逐分钟变化Fig.2Minutebyminutevariationofrainfallandrunoff基本相同。。综合以上结果可知水垫层产流能力成反比层越厚力强土壤层厚度与绿色屋顶排,土壤土壤层越厚产流越小;,粗放型绿色屋顶排水能峰现时间越延后,形成径流时间相比于集约型绿色屋顶提前了,集约型绿色屋顶的滞蓄能力高径流总量控高于粗放型绿色屋顶的径流总量控绿色屋顶的低影响开发设施参数中径流峰值以但是由于植物易土,5min;制率达制率的植被容积小数对于屋面雨水的产流及峰值延后时长的影响并不明显使土壤团化增加孔隙率壤的渗流能力就越大所以植被容积小数越大,64.4%,61.3%。,、,。2土质对绿色屋顶效能的影响为了降低外界因素对试验的干扰粗放型绿色屋顶作为研究对象。本试验采用,2.1土壤组织类型参数土壤和雨水都是大自然的馈赠在对土壤的研究过程中依据孔隙率,枯萎点、、壤质沙土、相互影响相互产水能导水率和吸水头等参数将土壤分为沙沙质粘壤砂质壤土粉质壤土壤土、,、、、、作用力土第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020表4沙土、壤土、粘土的下渗参数Tab.4Infiltrationparametersofsand,loamandclay土壤组织类型最大下渗速最小下渗速率衰减常数沙土壤土粘土/mm/h150.6317.71.67/mm/h120.3963.3020.254/h-12.382.813.10图3不同类型土壤对低影响设施开发的影响Fig.3Effectsofdifferenttypesofsoilonthedevelopmentoflowimpactfacilities,33a所示由图S6,分别作用与子汇水区,3壤土次之,得,此处产流能力代表绿色屋顶排种土壤类型粘土,但降雨初期径流量基本相所以土壤组织类型对于径流的影响低于土壤层,种土壤组织的下。壤土和粘土的排水性能由强到当雨水下渗缓慢在绿色屋顶基质层储存过久。会提高屋面塌陷屋面防水层被破坏以及屋顶绿,、数的低影响开发设施出结果如图。水垫层产生的径流量可知中土壤层为沙土的屋顶径流量最高绿色屋顶的径流量最少同厚度对于径流的影响渗率也反映了沙土弱时植水淹的概率3b图中3、,造成直接人身伤亡与财产损失,对于雨水径流的影响,综合以上结果可知。水质、其次为土壤组织类型,植被容,由于适合屋面绿化的温度等生长因素的需对于土壤、,并且不同的建筑屋面也有不同的使用需,所以不能根据模拟结果直接确定绿色屋顶土壤层,但可以以植物的耐受度,尽可能的配制能降低雨水,降、基质厚度影响最显著积小数对于径流的影响最小植物中类很多求不尽相同求中不同的土壤组织类型配比为依据运用本模型结果,产流时间延后洪峰出现时间、低雨水径流并且提高单位时间下渗量的优型土壤提前径流截止时间、。3结论本文对于绿色屋顶的影响因素分为土壤基质厚度---得出对于雨水径流影响的结论,、面数响最显著径流的影响最小其次为土壤组织类型,3个方土壤组织类型和植被容积小土壤基质厚度影,植被容积小数对于,。本文应用,相比于前人宏观方面介绍绿色屋顶在水文与水更加,具体化的研究了不同因素对于雨水径流的影、可以为以后海绵城市的建设和老旧城区的低影响,质方面的作用精细化响开发改造的不同建设需求提供具体的指导建议雨洪管理模型SWMM。总的来说模型参数选择是可靠的但由于缺少气候因素对于参数的细微影,气候方面资料的收集响没有在文中论证。,参考文献[1]ZhangML,ChenH,WangJZ,Rainwaterutilizationandstormpollutioncontrolbasedonurbanrunoffcharacterization[J].JournalofEnvironmentalSciences,2010,22(1):40-46.[2]JamesW.BestModelingPracticesforUrbanWaterSystem,[3]Monograph10[M].Ontario:CHI,2002.吴建立等孙飞云,董文艺,,域雨水径流和水质分析基于.SWMM水利水电技术模拟的城市内河区[J].,2012,43(8):90-94.王书敏[4]于慧,张彬,等,。绿色屋顶技术控制城市面源污染应用研究进展重庆文理学院学报[J].自然科学版(),2011,30(4):59-64.§,:女矫娇年出生甘肃兰州人主要研究方向为内陆水力学与水生态发展甘肃省兰州市城关区红星巷,1994,:730000。作者简介生通信处室1891研究,。99号。土壤,268E-mail:1003936970@qq.com收稿日期:20200521
光伏产业迅速发展的同时也即将面临大量废弃光伏电池组件的妥善处理问题目前行业尚未具备完善的回收技术国,介绍废旧光伏电池组件的处理方法。。阐述了相关的回收技术包括机械法,、,,热处理法和化学法。家也未出台相关政策和回收处理标准
当前,中国经济正在从高速增长转向高质量发展,其中消费是拉动经济增长的主要动力,是推动高质量发展的重要动能。从中国整体绿色发展转型进程和状态看,不平衡不协调的问题比较突出,经济维度的绿色转型发展较快较好,社会维度相对滞后。因此,如何在社会生活和消费领域推动绿色转型是中国政府应关注和解决的重大关键问题。国合会2018年主题是“创新引领绿色新时代”,本项目作为“创新与可持续生产和消费”课题下的专题研究,将为国家生态文明建设战略部署下如何推动形成绿色生活方式和消费方式以及提升社会治理体系提供政策决策支持。
目前河道非法采砂中行政罚款偏重经济效益的警示和惩罚,忽视河道砂石的生态价值,没有将生态保护作为补偿因素考虑进行政处罚的标准范围内。针对以上问题,通过加大行政处罚力度,将罚款数额同违法所得挂钩,同时河道生态环境遭到破坏的并处罚款作为河道生态补偿专项资金,建立河道砂石生态补偿制度等措施以规范河道采砂行为,推动行政执法工作。关键词:非法采砂;行政罚款;矿产资源;生态价值
为定量综合评价大气污染防治技术产业化潜力,该文从技术产业化潜力定义出发,结合大气污染防治技术特征,构建大气污染防治技术产业化潜力评价指标体系,并开展案例研究。大气污染防治技术产业化潜力评价指标体系包含技术指标、市场指标、条件指标、政策指标和效应指标5个一级指标,以及21个二级指标。基于模糊综合评价法,对相变凝聚除尘及余热回收利用集成装置开展产业化潜力评价。评价结果显示,技术综合评价结果为产业化潜力较大,在技术、政策、条件和效应4个方面均具有较好的优势。案例应用表明,该研究构建的大气污染防治技术产业化潜力评价指标体系能较好地应用于实际评价工作中。
悬浮填料作为一种具有发展前景的水环境治理材料,已成为当前废水处理的研究热点。本文根据大量的参考文献,综述了国内外悬浮填料的特点、种类以及悬浮填料的应用,同时对悬浮填料的发展进行了阐述。进一步开发高效、廉价和绿色的新型悬浮填料,提高填料的比表面积、空隙率和挂膜能力等核心性能参数,将促进悬浮填料生物膜工艺在我国污水治理方面更广泛的应用。关键词:悬浮填料;污水处理;生物膜文献标识码:A
小城镇已基本完成以区域高度分化与个体规模差异为特征的第一次分化。进入到高质量发展时期,单纯以增长导向下的规模位序为内涵认知小城镇价值、引导区域发展结构已不具有适应性与持续性。从分工演化的视角,通过解析小城镇发展分化的约束条件及其变化,明确小城镇从“分化”到“再分化”的内涵转变是个体在区域分工中由空间尺度跃迁向价值跃迁的转变,由此提出以区域化、网络化,以及基层社会稳定、地区生态安全、地域文化保护等方面的全域视refinethecognitionandcomprehensivelyclarifytheexistingandpotentiallabordivisionvalueofsmalltownsinregionaldevelopment,soastoguidethelabordivisionandcooperationwithintheframeworkofimbalancedcoordinateddevelopmentofsmalltownsintheregion,andboostintegrationbetweenurbanandruralareasandruralrevitalization.KEYWORDS:redifferentiation;differentiation;evolutionoflabordivision;transition;smalltown角,细化认知、综合判别小城镇在区域发展中既“分化”一词在语义学中被定义为“性质相有与潜在的分工价值,合理引导区域内小城镇在非均衡协调发展框架内分工合作,助推城乡融合与乡村振兴。同的事物发展为性质不同的事物,或承担同样功能的结构开始承担不同功能的过程”[1],多用于社会学研究领域并以“社会分化”的概念出现。[关键词]再分化;分化;分工演化;跃迁;小马克思社会阶层理论认为,以劳动分工和经济关城镇ABSTRACT:Smalltownshavebasicallycompletedthefirstdifferentiationwhichischaracterizedbyhighregionaldifferentiationandindividualscaledifference.Intheperiodofhigh-qualitydevelopment,itisnolongeradaptiveandsustainabletoperceivethevalueofsmalltownsandguidetheregionaldevelopmentstructuresimplybytakingthescaleorderundertheguidanceofgrowthastheconnotation.Basedonthelabordivisionevolution,throughanalyzingtheconstraintconditionofsmalltowns`differentiationanditschanges,itisclarifiedthattheshiftofsmalltownsfromtheconnotationof“differentiation”to“redifferentiation”isashiftofindividualsintheregionaldivisionoflaborfromthespatialscaletransitiontowardvaluetransition.Then,awholeregionperspectivethatcoversregionalization,networkization,andsocialstabilityatthegrass-rootslevel,regionalecologicalsecurityandregionalculturalprotectionissuggestedto系变化为表现特征的社会经济分化是社会分化中最重要的领域。在社会经济分化的推动下,社会结构的其他方面相继发生分化,从而导致整个社会结构从同质性向异质性转变。从马克思的社会阶层理论、迪尔凯姆(ÉmileDurkheim)的社会分工论到韦伯(MaxWeber)的多元分层与社会分化理论,虽然对社会分化产生的机制及其影响各有不同侧重的观点①,但上述观点的共识在于:分化现象是必然的,且能够对社会整体发展产生积极或消极的作用,并非所有形式的分化都伴随着社会结构要素的功能互补和耦合,不合理的分化会降低整个社会的整合度和协调性[2]。小城镇分化是社会分化在城乡发展领域内的一种表现。由于各种内外条件的影响,小城镇在城镇规模、发展水平、人口吸纳能力、空间格局等方面各具面貌,但在很长的历史时间段里,总体上的基础职能作用并未有太大区别和改变。改革开放以后,资源要素长期非均衡的集聚和流动,导致小城镇首先在产业发展领域出现不同的发展方向和发展节律。随着各方面发展水平、发展规模的提升,以及个体综合实力的增强,部46[文章编号]1002-1329(2021)05-0046-10[中图分类号]F299.21[文献标识码]A[doi]10.11819/cpr20211606a[作者简介]乔晶(1989-),女,博士,华中科技大学讲师。耿虹(1961-),女,博士,华中科技大学建筑与城市规划学院城乡规划系主任,教授、博士生导师,中国城市规划学会理事、小城镇规划学术委员会副主任委员,本文通信作者。[修改日期]2021-01-12*国家自然科学基金项目(51878306)。PlanningStudies规划研究城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021分小城镇在城乡结构中的作用力与影响范围也大则由于动力不足,导致乡村各类要素的向上流动大增强,其面向基层农村的简单功能也逐渐发展跨越小城镇层级,出现“承上启下”的职能缺位为区域复合功能--小城镇群体在功能与作用方和自身发展乏力的问题。无论是从宏观的中西部面出现了由同质性向异质性转变的明显的分化现差异来看,还是对各地区的小城镇发展状况进行象。对分化后小城镇表现出的发展状态和新的整比较,小城镇的个体规模位序均发生了明显的两体结构特性与问题进行科学认知,是客观、准确极分化。一方面,位序跃升的小城镇由于要素集地把握小城镇职能定位、制定适应性发展路径的聚能力的显著提升而在区域发展中承担更多的发重要依据,也是促进城乡融合和区域协调战略在展任务与综合性组织职能,而另一批缺少发展动基层有效实施的保障。但到目前为止,针对小城力甚至失去发展活力而逐渐沉淀于底层的小城镇分化的研究基本集中在对某一区域内分化特征的描述[3-4]和策略引导方面[5-6],并未对小城镇分化的本质、内涵、机制及其影响进行理论辨析。本文旨在对小城镇分化的内涵及其机制进行系统镇则面临着人口集聚和产业提升的双重压力,且由于在规模位序中的持续性沉淀,导致对其地位和作用的认知也出现分歧和争议[8-13]。小城镇的“分化”,尤其是不同尺度的区域性的“分解释,并在阐明目前小城镇“分化”形式与内化”,已经成为我国小城镇发展的重要特征。由涵的适应性与充分性问题的基础上,提出“再分于分化造成了小城镇在根本性的规模、职能、发化”的价值内涵及其转型趋势。展能力与发展方向方面的队列性或秩序性的调整,使整体发展关系由“量变”走向“质变”,1小城镇“分化”的表现特征与形成机制这种整体性的分化在各种变化耦合关系中是否具1.1区分小城镇发展的“变化”与“分化”改革开放前,小城镇的发展经历了建国初期有充分性而显现出积极意义,抑或隐含着不合理因素而可能产生持续的消极作用,这些问题是需要予以科学研究和解释的。的恢复调整期、人民公社时期的数量激增期和政治动荡期的萎缩停滞期,虽然其整体数量、个体1.2表现特征:区域间的高度分化与个体的规模差异规模等方面均随着社会经济发展阶段的不同以及我国小城镇的第一次分化开始于改革开行政管制的调整而发生着动态的变化,但是小城放后,稳定于上世纪末。从小城镇数量趋势来镇层级在城乡发展中承担的整体功能一直没有发看,受到1983年公社改镇的政策推动及之后生异质性的变化,总体上呈现出较为均衡的、低“小城镇、大战略”时期建设高潮的影响,小水平的同质性特征,承担着对乡村地区政治、经城镇的数量激增,并在2002年达到相对稳定的济及服务组织的基层中心职能。状态(图1)。同时,镇村相对数量也在同期基本改革开放以来,快速城镇化和工业化驱动稳定,作为乡村基层组织中心的小城镇其量变城乡资源要素的交互与流动,小城镇的经济、社基本结束(图2)。作为推动乡村城镇化的重要力会和空间都发生了巨大的改变,不仅个体之间显量,小城镇层级对城镇化的整体推力开始减缓著地拉开了差距,整体也呈现出明显的分化与重(图3)。至此,以数量增长、规模集聚为主要特组。一批具有要素集聚优势的小城镇进一步提升,发展成为小城市[7];另外大批普通的小城镇征的发展态势基本稳定,小城镇发展完成了第一次分化,形成了基于区域经济结构差异的宏47乔晶耿虹小城镇从“分化”到“再分化”的价值内涵辨释图11978-2018年镇村数量变化Fig.1Quantitychangeoftownsandvillagesfrom1978to图21978-2018年镇村相对数量变化Fig.2Relativequantitychangeoftownsandvillagesfrom资料来源:笔者根据历年国家统计年鉴自绘。资料来源:笔者根据历年国家统计年鉴自绘。20181978to2018观发展分化(图4),以及基于要素禀赋差异的个体规模分化(图5~图6)。2小城镇“分化”的不可持续性与内涵认知的片面性1.3内涵及机制:产业集聚与资源要素对位下的规模经济导向2.1区域间的高度分化加大了区域协调发展的难度从个体层面来看,不论是以外源性资本注入改革开放以后出现的第一次分化(以下简称的珠三角模式,还是自下而上内源式发展的长三“分化”)是小城镇在一定历史发展进程中的客角模式或是以农业产业化促成就地城镇化的山东半岛模式,其本质都是以个体最优化为导向的要素局部集聚,并且这种要素集聚首先具有特定的观现象。合理的分化能够提高社会整体的运行效率,促进社会协调发展[2]。但是随着整体发展水平与环境的改变,第一次分化的消极影响逐渐显资源禀赋支撑和区域环境基础,以原始要素的规现,尤其是聚焦单一经济要素的两极分化,极易模化积累奠定了小城镇在区域经济发展中的初始带来小城镇个体以及群体在社会公平与稳定、文优势地位。在区域初始经济结构形成的基础上,化保护与传承,以及生态修复与涵养等其他方面政策制度开始对集聚优势明显的小城镇产生特定的问题,进而影响到国土空间开发保护、城乡融偏向,导致资源要素加速集聚并形成制度性路径合与区域协调的总体发展。具体来说,经济的过依赖,个体集聚规模较大的小城镇开始在市场开放环境的自由竞争下完成自身经济结构的升级,度极化一方面带来的是与要素集聚程度相匹配的公共资源、信息技术等附加内容的极化,也会同从而在区域经济结构中再次占据有利的位置,形时导致部分落后小城镇出现各类要素的持续性外成强化的循环累积,从“量”的积累完成“质”流。多要素在某一区域内的集中累积和在其他区的转变(表1)。域的持续输出带来的是对社会公平的挑战,甚至48图31982-2010年城市与小城镇吸纳城镇人口比例Fig.3Migrant-absorbingcapabilityofcitiesandsmalltownsfrom1982to2010资料来源:笔者根据历年国家统计年鉴与建制镇统计年鉴计算自绘。图41985-2000年东中西部建制镇人口规模演变比较Fig.4Comparisononthepopulationscaleofestablishedtownsineastern,centralandwesternregionsofChinafrom1985-2000资料来源:笔者根据历年国家统计年鉴与建制镇统计年鉴计算自绘。图52000年以乡村经济总收入为测度的东中西部建制图62000年以建制镇财政收入为测度的东中西部建制镇分化数量占比情况Fig.5Differentiationofestablishedtownsineastern,central,andwesternregionsmeasuredbyruraleconomygrossincomein2000资料来源:笔者根据第一次农业普查数据自绘。镇分化数量占比情况Fig.6Differentiationofestablishedtownsineastern,central,andwesternregionsmeasuredbythefinancialrevenueofsmalltownsin2000资料来源:笔者根据第一次农业普查数据自绘。PlanningStudies规划研究城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021表1小城镇变化-分化的阶段特征及其形成机制Tab.1Stagecharacteristicsandtheinfluencingmechanismofsmalltown`schanginganddifferentiation分化阶段变化--分化的表现维度空间表现特征职能分工特征形成机制环境优势主导的变化积累期(明清-1949)市镇规模扩大,数量增多市镇承担商品交换中心与基层社区交往中心的职能(1)东部小城镇具有交易以及运输成本更低的区域地理结构和区域经济结构;(2)人口、城镇的密集度高使东部具有较大规模潜力的生产资源和消费市场;(3)富庶的农业基础和开放的价值意识加速了东部小城镇工业化的启动普遍调整恢复期(1949-1957)小城镇个体人口规模减少集镇、建制镇整体交易功能下降统购统销、户籍二元分割制度整体上削弱了小城镇的综合性职能普遍发展波动期(1958-1978)镇数量先增后降,人口规模波动较大普遍成为绝对的政治中心,逐渐萎缩的经济中心职能(1)政社合一,乡镇数量随公社大幅增加;(2)片面以粮为纲、大跃进导致工农比例失调,政策压缩城镇数量和人口资源制度共同推动的分化形成期(1979-1983)镇数量增加,部分小城镇人口、城镇及经济规模增加职能分化出现,东部部分小城镇逐渐成为乡村区域内政治、经济、服务中心制度路径依赖下的明显分化期(1984-2001)镇平均规模扩大,总体数量增加,个体之间差距不断拉大职能分化现象愈加明显,城市化的跃升以及普通小城镇的下沉资料来源:笔者自绘。(1)改革开放初期中西部小城镇由于原材料资源优势获得了国家大量“三线”基础企业建设的原始推动力量,但这也使得东部小城镇在产业链占据了利润价值更高的有利位置(制造业)[14];(2)具有多重约束的乡镇企业崛起:既具有双轨经济体制下社队企业的发展基础,也在“自由理性”和“去路径依赖”的市场机制的推动下,形成了社区属性约束下的本地劳动力红利,大大促进了小城镇,尤其是东部地区小城镇的规模集聚能力(1)小城镇户籍制度放开、分税制施行,规模集聚效应强的小城镇个体其劳动力、人口、公共资源能要素集聚的能力进一步跃升;(2)市场环境的进一步开放、金融危机的影响使一部分小城镇获得了转型调整和升级创新的机会,自身经济结构有了质的改变存在社会稳定、文化安全方面的风险[15]。随着经济发展规模的位序下沉,基层小城镇已经开始面临着下,这些后进小城镇一方面难以提升甚至巩固其在城镇化进程中“底部支座”的战略地位和“承社会服务、文化传承等核心软实力的不断下降。若上启下”的城乡连接枢纽职能,使城镇化发展体这种现象持续下去,基层小城镇的发展将更加难以系与区域经济结构面临较大的基层塌陷风险;另寻找支点和动力,从而发生无法逆转的塌陷。一方面则在整体层面降低了区域协调发展的效目前,既有的研究也较为关注于东中西部率,加大了通过资源要素有效整合带动基层社会之间的较大差距,集中的探索了以东中西区域分化为基础的小城镇发展模式及实践[16-18],尤其以长三角、珠三角以及山东半岛区域的个案研究和对中西部地区的借鉴研究较多[19]。但随着制度环境、资源基础、市场背景和意识观念的转变,共同发展的难度。2.2增长导向下的个体分化不再具有积极精准的引导意义2.2.1第一次分化后小城镇的发展乏力与低效分化过程中被迫下沉的普通小城镇,确实难以复增长制东部小城镇看似多元化但实质需要特定历史条件的发展模式[20]。同时,在经济全球化和交通网络日益完善的背景下,小城镇由较为孤立与封经济发展水平是小城镇发展分化的重要衡量标准[22],是小城镇在分化过程中体现其要素集聚能力的重要表现。1983-2001年是“小城镇、大闭的状态转而或主动或被动地全面接入全域开放系统[21],若无合理、适当的路径引导,在国际、国内的双重资源和市场影响下,该类小城战略”的发展高潮期。乡镇企业的蓬勃兴起带动了乡村城镇化的进程,小城镇在该阶段实现了各类要素在空间上的原始积累,确立了小城镇层级镇的城镇规模位次将在因果积累的路径依赖中不在我国上世纪末城镇化过程中的主导地位。与小断下沉,其自身提升的动力不足,以及与中上位城镇数量基本稳定的时间节点相耦合,2002年过小城镇日益拉大的差距,将导致高度分化的现象后,建制镇镇均企业数量开始下降,企业从业人愈益普遍。在当前以层级传导式的空间治理体制数增速开始放缓,小城镇的经济发展规模总体开49乔晶耿虹小城镇从“分化”到“再分化”的价值内涵辨释始进入增长停滞期②(图7)。但是,并没有与经济要素的集聚趋势相匹配,小城镇的城镇空间规方向和周期造成了极大的不稳定性和不确定性,导致小城镇不具有人才、技术、资本等要素大规模和人口规模呈现出持续增长的趋势(图8)。通模集聚的条件,“量”的积累对于大部分普通小过建制镇平均镇区规模与小城镇镇区人口规模、城镇来说具有现实难度。当前,乡村各类资源要人均住宅面积以及乡镇企业数量分别进行线性曲线拟合与Logistic拟合,拟合结果显示R2的拟合度大小依次为建成区户籍人口规模(线性拟合R2为0.981,Logistic拟合R2为0.989)、人均住宅面积(线性拟合R2为0.977,Logistic拟合R2为0.962)和乡镇企业数量(线性拟合R2为0.706,Logistic拟合R2为0.678)(表2)。该结果表明镇区空间规模的不断扩张与乡镇企业前期激增但是后劲动力不足的集聚形势拟合度并不高(R2越接近1表明二者随时间的变化曲线拟合度更高),但是与镇区户籍素越过小城镇向城市流动的状态将持续存在,小城镇个体单纯追求经济发展规模的增长方式具有普遍的现实难度。因此,对以个体最优为导向、要素集聚为内涵的小城镇分化的简单认知和相应的引导思路急需作出调整和改变。2.2.2要素集聚最大化认知导向下的分化结构已不具适应性分化并非发展目的,而是小城镇非均衡、差异化发展后必然的结果显现,是认知区域小城镇职能定位、制定发展路径的重要依据。诚然,人口的数量增长与人均住宅建筑面积的持续走高以个体最优化为导向崛起的东部地区小城镇具有却具有非常高的拟合度。然而相关调研显示,小绝对的辐射带动影响力:其镇均镇区人口规模为城镇镇域人口中近18%的人口外出务工,严重的外流比例甚至可达六成[23]。而与此同时,人均住房建设面积却在持续走高(图9)。由此发现,自2002年乡镇企业发展放缓甚至停滞以来,小城镇空间的低效扩张现象较为明显。当下,城镇化浪潮及其回波效应对于大量普中西部小城镇的近2倍,财政收入是中西部小城镇的近7倍,镇均企业数量是中西部的2.5倍,集聚了相当规模的经济要素和人口要素,仅2000-2010年期间东部小城镇对我国城镇化的贡献率就是中西部总和的1.3倍③。但是小城镇的职能和定位并不仅仅依据要素集聚的个体规模而制定。如通小城镇,尤其是中西部小城镇各类要素流动的新疆生产建设兵团的小城镇(表3),其经济发展50图71996-2011年我国建制镇镇均企业数量及企业从业人数Fig.7Averagenumberofenterprisesofestablishedtownsandthenumberofenterpriseemployeesfrom1996to2011资料来源:笔者根据历年建制镇统计年鉴自绘。图81990-2014年建制镇建成区面积和建成区户籍人口规模统计Fig.8Averagebuilt-upareaandtheregisteredpopulationofestablishedtownsfrom1990to2014注:缺乏2003年数据。资料来源:笔者根据历年城乡统计年鉴自绘。PlanningStudies规划研究城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021表21990-2012年建制镇镇均城镇规模与人口、人居住宅面积、乡镇企业规模的曲线拟合结果Tab.2Curvefittingrelationbetweentheaverageconstructedareaandpopulation,percapitaresidentialarea,andscaleoftownshipenterprisesfrom1990to2012因变量:建成区面积;自变量:建成区人口方程线性Logistic模型汇总参数估计值R20.9810.989F987.2881712.175因变量:建成区面积;自变量:人均住宅面积方程线性Logistic模型汇总参数估计值R20.9770.962F811.080478.513因变量:建成区面积;自变量:乡镇企业数量方程线性Logistic模型汇总参数估计值R20.7060.678F45.61739.917资料来源:笔者自制。df111df111df111规模、速度与内地相去甚远,但其屯垦戍边的特殊城镇职能却无法以要素集聚度过低而改变甚至分化淘汰。即使是东部沿海的普通小城镇,如浙江省兰溪市马涧镇,要素集聚在空间上的规模增长趋势也并不显著,但其就地城镇化的能力却在逐年升高,在2015年达到52.27%。可见不论是中西部的普通小城镇,还是已经完成原始积累的东部小城镇,单一以个体要素集聚程度的最大化或发展水平最优化难以精准认知小城镇的职能和定位,容易造成小城镇差异化发展引导路径的偏差。另一方面,小城镇集聚规模的“量”是静态的个体概念,小城镇的职能和定位则具有明显的区域性、持续性和动态性,因此若以个体“量”df21919df21919df21919Sig.0.0000.000Sig.0.0000.000Sig.0.0000.000常数-85.7320.043常数-99.5390.047常数-154.2040.069b10.0281.000b19.0940.933b10.1230.999图91990-2015年小城镇人均住房建设面积统计Fig.9Percapitahousingconstructionareainsmalltownsfrom1990to2015资料来源:笔者根据历年城乡统计年鉴自绘。在小城镇分化中的位次去判定小城镇发展的职能行框架性解释,是突破目前亟待改善的固有分层和定位,其实质是以片面的、静态化测度去衡量结构及相应思维模式的思想探索,为实现推进基整体性的动态化状态,不具有可持续的表征性和层小城镇在新的区域精准分工体系中找准定位、科学的引导性。助推新时期乡村振兴与城乡融合的目标提供理论3分工演化视角下小城镇从“分化”到“再分化”的理论解释依据。3.1分化:多重约束良性互促下个体在区域分工中的空间尺度跃迁如前文所述,空间集聚增长导向下的区域小城镇分化在宏观和个体层面的表现特征,分化与个体分化已经显现出不持续、不适应的问本质上是从个体积累到宏观结构的全面显现,题,尤其是在当前移动互联网时代,流空间创造的虚拟集聚已脱离物质空间的实体集聚为镇村发展提供了强劲的内生动力[24]。因此,引导具有公正、充分、具有可持续发展内涵的“再分化”,其形成机制是个体在多重因素良性约束下的规模集聚引致其在区域分工中的空间尺度跃迁④,进而促成整体分工演化(图10)。基于赫克歇尔(E.Hechsher)与俄林(B.C.Ohlin)的资源要素禀赋推动小城镇完成新一轮的分工演化,才是重塑新理论,原始资源的先天性差异促使大部分东部小时期小城镇发展地位的可行路径。本文以分工演城镇在区域初始分工时便占据了利润较高的产业化的视角对小城镇从分化到再分化的价值内涵进结构位序,奠定了小城镇分化的宏观区域格局。51乔晶耿虹小城镇从“分化”到“再分化”的价值内涵辨释表3东中西部小城镇个案近十年规模变化趋势对比Tab.3Comparisononthetrendofthesmalltowns`scaleinthepast10yearsineastern,central,andwesternregionsGDP(亿元)镇区常住人口(万人)2005年2010年2015年2005年2010年2015年2005年2010年2015年城镇名称镇区规模(hm2)浙江省马涧镇63.1886.9893.58湖北省刘猴镇新疆三十四团42.656.662.8180102.5213.480.360.220.620.450.521.040.510.951.027.86.21.4715.19.31.9724.923.27.32资料来源:作者自制。52图10小城镇分化的形成机制Fig.10Formationmechanismofthesmalltowns`differentiation资料来源:作者自绘。具体来看,东部小城镇良好的农业生产条件、较环境变化来看,决定区域初始分工的约束条件、高的人口与城镇密度,相比其他小城镇在生产运约束力度、约束向度均已发生变化,因而对小城输成本、劳动力潜力、消费需求等方面具有更为镇在区域初始环境中的地位判断标准也将随之发明显的优势,因此,其区域初始分工的优势是在生改变。从整体分工演化的内涵来看,再分化是资源约束与环境约束之间的良性互促关系中形成约束变化后小城镇从空间尺度的跃迁转向区域价并稳定。而制度约束的力量,在改革开放初期,值的跃迁(图12)。相比第一次分化,空间尺度跃本身具有区域非均衡发展战略的引导偏向,另一方面,在初始分工优势明显的小城镇自身的高效反馈和转化下,制度约束与市场力量的嵌入形成迁失败的普通小城镇目前面临的是国土空间开发与保护的冲突、公共资源在市场与制度双重作用下的持续外流。并且,随着交通、信息等时空网合力,使得优势小城镇在开放性的竞争中获取更络的不断完善与向下延伸,虽然小城镇与外界联多机会参与到更大空间尺度的区域经济分工格局系的途径增加、成本降低,但总体上资源约束的中,在因果循环的累积效应中完成了个体在区域收紧和环境约束的放松对第一次分化中位序下沉分工结构中的空间尺度跃迁(图11)和自身经济结的小城镇来说并非有利的条件变化,有限的原始构的转型升级,从内部拓宽了自身与外界在社积累在流通成本更低、范围更广的环境中更容易会、产业、服务、信息等多方面衔接的规模和尺面临因持续外流而带来的收缩与下沉。因此,再度,并在不断强化的路径依赖中巩固了在分化结分化中,区域初始的分工位置无法仅以个体的规构中的位序。模位序进行衡量和判定,而应当综合评判小城镇个体在区域发展中所创造的价值,包含经济、社3.2再分化:约束变化后个体在区域分工中的价值跃迁会、环境、生态、安全等多方面的原生价值及其随时间变化积累的潜在价值。在目前小城镇普遍小城镇的再分化虽然仍会在资源、环境和面临规模收缩、活力缺失的发展现状下,区域初制度的多重约束下进行,但是不论是对于第一次始分工判定内涵的扩展能够更科学、更精准的在分化中被“剩余”的小城镇,还是从当前的发展区域价值层面明确和细化基层小城镇在区域发展PlanningStudies规划研究城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021中的分工,促进小城镇层级内部的异质性分工从两极化向多元化、网络化转变,适应当前以都市圈、城市群为主要空间载体推进城镇化的网络结构环境。同时,受制于小城镇在我国层级式空间治理体系的末端位次,公共资源的配置与传导仍然将直接影响小城镇未来的发展。而在城乡生产要素双向自由流动的体制机制环境下,小城镇对制度政策的反馈将更加敏感和迅速,影响也将更为广泛。因此,如何促进要素在小城镇再分化过程中的有序流动,实现小城镇在区域分工中的价值跃迁,是构建大中小城市和小城镇协调发展的城镇化空间格局、形成高质量发展动力系统的重要问题。在个体层面,合理充分的再分化表现为小城镇自身具有自组织、可持续、适应性的发展系图11小城镇分化后的区域分工空间尺度跃迁示意Fig.11Regionaldivisioninspatialscaletransitionafterthedifferentiationofsmalltowns资料来源:笔者自绘。统,区域层面则表现为分工明确、协作高效的结构的、合理的具有适应性的纠偏。体系。当然,城镇化过程中乡村和部分小城镇的收缩甚至衰败是不可避免的,再分化的过程也是通过更加精准科学的标准筛选小城镇,从而进行合理4.1从“量”到“质”,针对根本性职能进行品质化提升“优胜劣汰”的过程,以便政策制定和资源配置如上所述,随着个体要素积累的“量”对小在不影响基层社会稳定的情况下更具针对性和有城镇发展分化促进作用的减弱,以及普通小城镇53效性,契合当下高质量发展的战略要求。面对增“量”的疲态,对“再分化”中小城镇在区域分工中的综合价值认知应从对“量”的位序4小城镇合理“再分化”的价值内涵差距向“质”的精准化识别转变,强调小城镇在区域中的根本性职能。所谓“质”的精准化不仅从分工演化的视角来看,能否正确把握小指目前“特色小镇”所倡导的以旅游、历史、工城镇再分化的价值内涵,关系到小城镇能否形成业、商贸等个体特色产业和文化而彰显出的差异合理、充分的再分工结构。小城镇从“分化”到化、个性化发展路径,更重要的是小城镇对区域“再分化”的价值内涵转型实质上是在约束条件发展所起到的个性化贡献,尤其是对广大乡村地变化的背景下对小城镇在区域分工中的综合价值区的多元化影响作用。如公共服务中心、电商物进行适应性评判和认知的过程。因此,要在当下流组织中心、粮食主产区技术支持中心、生态涵区域发展环境和城镇化背景的综合考量下,针对养地服务中心等。另外,在目前资源约束条件普目前分化的价值内涵认知所体现出的在个体层面遍收紧的情况下,依托个体要素禀赋的“特色”的局限性和区域层面的片面性思路,进行适度打造一方面具有现实难度,极易导致一些小城镇乔晶耿虹小城镇从“分化”到“再分化”的价值内涵辨释图12小城镇再分化后的区域分工价值跃迁示意Fig.12Regionalvaluetransitionaftertheredifferentiationofsmalltowns资料来源:笔者自绘。54为了当前“特色”打造的利益或目标而以牺牲未而使得普通小城镇在封闭结构中的固定分工模来自身在生态、社会、文化等方面的可持续发展式也可以在非均衡协调发展理论指导下进行区域能力为代价;另一方面也容易使小城镇陷入因为性、差异化分工,特别是根据区位与发展基础条刻意避免同质化的现象而忽略了通用化、类型化件,在明确小城镇对外衔接的空间尺度的基础发展和建设的合理性与适用价值,为了追求刻意上,综合考量小城镇在经济产业分工、公共服务的“特色”和“差异”而忽略了小城镇的本质是能级、社会公平意义、粮食安全保障、文化传承城乡体系中的结构中心,是区域协调发展中的经目标、生态涵养价值等多方面的职能和价值,引济体,是全面推进乡村振兴的着力点,是衔接城导小城镇在开放的层级结构中形成多元互补、协乡治理体系的关联层级。突出差异意识,是为了作高效的分工结构,使其适应当下区域经济发展使普通小城镇在区域分工中跳出量化思维而对其和城镇化快速推进的宏观环境,进而在再分化中稳定基层作用的肯定,并通过基础建设投入以及获得新的异质化、特质化或者优质化发展机会。部分地区进入脱贫后振兴发展的引导,对其基层核心职能进行功能强化与效率提升。如果说在第5结论一次分化中,一部分小城镇依靠时势与区位优势已经完成了在区域分工中的空间尺度跃迁,极大在劳动分工更为细密的新经济时期,小城地发挥了其“城市性”的上位对接职能,体现了镇再分化的内涵价值应当得到更加精准的认知,其要素集聚的高能与高效,那么,再分化则是使才能达到促进区域分工结构合理化、城乡高质量小城镇整体上能够公平公正地参与区域分工,以发展的目的。在国家城市发展战略与区域城镇群社会保障、文化自信、生态文明的全局视野,对发展格局基本定型、城镇化日益重视“质”的今其必须承担的基层职能进行针对性品质强化,对天,个体最优化导向下的要素集聚规模指标已经其可能承担的区域职能进行差异化引导、培育与不再对分化具有全面、准确与可持续的表征与解提升,通过政策保障的充分、及时,稳定、优释作用。同时在区域非均衡协调发展战略的共识质、持续地发挥其基层综合支撑与服务作用。下,把小城镇的发展分化导向以公平公正,协4.2引导小城镇适应动态性、网络化的区域分工结构调、稳定、健康发展为总体目标,以基础职能担当和区域分工职责为差异化发展任务的再分化道路,在区域整体框架内,通过专项优化,使弱者从社会发展背景来看,资源要素的流动由不再弱,通过能者多劳,使强者愈奋强,通过异于互联网、物联网、电子商务以及大交通、大数质化、特质化、优质化的针对性引导和靶向性干据等新兴产业与技术革命的出现而产生了深刻的预,使小城镇再分化的整体价值内涵得到全面提变革,传统意义上局限于行政区划的城镇村体系升,便成了非常重要的现实任务。从分工演化的的层级关系在某些功效领域已经被突破,要素流视角来看,通过解析小城镇发展分化的约束条件动和能量传递的网络化、开放性特征更加明显。及其变化,可以基本明确再分化的根本任务是由任意小城镇个体,都将有可能、也必须参与到更个体在区域分工中的空间尺度跃迁向价值跃迁的大的区域发展格局中。反之,小城镇个体的优胜转变,应当以区域化、网络化的新视角,甚至是劣汰也将变得可能且将更深刻地影响到区域资源要素的内部流动。因此,应突破目前以个体发展国家粮食安全、地区生态安全、地域文化与民族文化保护、社会安全稳定等方面的综合性、全面水平或发展质量最优化为目标,而对小城镇个体性视角,细化认知、综合判别小城镇在区域发展进行的封闭式、割裂式的体系结构建设的引导中的分工价值,避免过分关注经济规模集聚与思路,因为其本质上仍属于静态的区域均衡发展极化发展的现实成效,而忽略可能造成的社会安思路,没有突破第一次分化中以规模位序作为小全、文化传承、基层保障等其他方面的风险,最城镇区域价值判断的内涵认知,具有一定的孤立终形成社会经济发展的结构性缺陷并难以逆转。性、片面性和静止性,可能因此而忽略个体发展明确再分化价值内涵的意义在于能够更加准确、高效而区域价值低能,或当前利益高效而未来运全面、公正地认知各类小城镇在区域发展中的价行失效,等等诸如此类的失调性问题,进而影响值,合理引导区域内小城镇的分工合作。同时,对小城镇以及区域高质量发展的科学判断和治理能够有效、有针对性、适度的干预小城镇在城镇决策。因此,小城镇再分化内涵认知的区域性和动态性视角将十分重要,尤其是随着交通、信息、数据与智能技术向广大乡村的深入,生活服化进程中的优胜劣汰,以公平公正、机会均等为区域发展原则[25],以区域协调与高质量发展为目标,提升小城镇在社会经济和环境发展中提供贡务圈范围日益扩大,这种区域性与动态性的视角不仅必要而且在技术上也日益具有可操作性,从献的基础能力和专项能力,以实现各类小城镇在城镇化进程中既协调互助又各擅其能地充分发挥PlanningStudies规划研究城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021其基础稳定作用和区域战略价值。CityPlanningReview,2019,43(10):22-28.注释(Notes)①马克思的社会阶层理论主要强调社会阶层的产生主要是由于原始生产资料的占有量及占有能力不同而产生的,并且会对社会整体的运行造成消极影响。迪尔凯姆的社会分工论则强调分化的合理性和必然性,提出以社会个体的职业地位作为评判分化的标准;韦伯的多元分层与社会分化理论强调综合考量经济标准、社会标准和政治标准多元因素对分化的影响,并认为经济标准是其中最重要的影响因素。综合前两者对分化功效性的观点,认为社会分化的功效性有积极作用也有消极作用。②以历年中国建制镇统计年鉴数据为依据计算得。③数据由《乡镇企业统计年鉴》与《建制镇统计年鉴》计算,由于乡镇企业统计年鉴数据缺失,因此数据统计截止到2011年。④“跃迁”的概念源自于物理学,是用于描述粒子从低(高)能态跳跃至高(低)能态的变化过程。而小城镇由于自身发展水平的提升从区域分工中的低能级向高能级转变的过程,与物理学中“跃迁”的概念具有相同的内涵(聚焦于从低能态向高能态的状况),因此借此概念阐述小城镇分化的个体表现形式。参考文献(References)[1]冯晓平.城市化进程中失地农民风险与分化研究[D].武汉:华中师范大学,2012.FENGXiaoping.ResearchonRiskandDifferentiationofLandlessFarmersDuringUrbanization:ACaseStudyofDVillage[D].Wuhan:CentralChinaNormalUniversity,2012.[2]郑杭生.社会学概论新修[M].北京:中国人民大学出版社,1994.ZHENGHangsheng.IntroductiontoSociology(NewlyRevisedVersion)[M].Beijing:ChinaRenminUniversityPress,1994.[3]王正新.小城镇的分化趋势评价及分化类型--以浙中地区为例[J].城市问题,2009(7):63-67.WANGZhengxin.TheAssessmentoftheDifferentiationTrendandtheDifferentiationTypesofSmallTowns:TaketheCentralRegioninZhejiangProvinceasanExample[J].UrbanProblems,2009(7):63-67.[4]韩伊迪.商洛市小城镇分化发展研究[D].西安:西安建筑科技大学,2020.HANYidi.StudyontheDifferentiationandDevelopmentofSmallTownsinShangluoCity[D].Xi`anUniversityofArchitectureandTechnology,2020.[5]柳中杰.小城镇分化现象对建设社会主义新农村的启发[J].社会主义研究,2008(2):82-84.LIUZhongjie.TheInspirationfortheConstructionofSocialistNewCountrysidebytheDifferentiationofSmallTowns[J].SocialismStudies,2008(2):82-84.[6]陈前虎,潘兵,司梦祺.城乡融合对小城镇区域专业化分工的影响--以浙江省为例[J].城市规划,2019,43(10):22-28.CHENQianhu,PANBing,SIMengqi.InfluenceofUrban-RuralIntegrationonRegionalSpecializationDivisionofSmallTowns:ACaseStudyofZhejiangProvince[J].[7]王正新.解读小城镇分化[J].小城镇建设,2004(11):47-49.WANGZhengxin.AStudyonDifferentiationofSmallTowns[J].DevelopmentofSmallCities&Towns,2004(11):47-49.[8]秦尊文.小城镇道路:中国城市化的妄想症[J].中国农村经济,2001(12):64-69.QINZunwen.DevelopmentofSmallTowns:DelusionalDisorderofUrbanizationinChina[J].ChineseRuralEconomy,2001(12):64-69.[9]郑静,陈革.论大城市、小城镇与可持续发展的城市化道路──对当前城市化政策的思考[J].规划师,2000(5):90-95.ZHENGJing,CHENGe.CommentonUrbanizationPolicy[J].Planners,2000(5):90-95.[10]石忆邵.中国新型城镇化与小城镇发展[J].经济地理,2013(7):47-52.SHIYishao.New-TypeUrbanizationandSmallTownDevelopmentinChina[J].EconomicGeography,2013(7):47-52.[11]李兵弟,郭龙彪,徐素君,等.走新型城镇化道路,给小城镇十五年发展培育期[J].城市规划,2014(3):9-13LIBingdi,GUOLongbiao,XUSujun,etal.TakingthePathofNew-TypeUrbanization,OfferingSmallTownsaFifteen-YearFosteringPeriod[J].CityPlanningReview,2014(3):9-13.[12]张立.新时期的“小城镇、大战略”--试论人口高输出地区的小城镇发展机制[J].城市规划学刊,2012(1):23-32.ZHANGLi.SmallTownsButGrandStrategies:AStudyontheDevelopmentofSmallTownsinProvinceswithNetOut-Migiration[J].UrbanPlanningForum,2012(1):23-32.[13]蓝万炼.论乡村工业的未来与农村小城镇的发展阶段[J].经济地理,2001(6):684-689.LANWanlian.OnFutureofRuralIndustraliaztionandStageofSmallRuralTownDevelopment[J].EconomicGeography,2001(6):684-689.[14]梁继凯.改革开放后小城镇演进的经济学分析[D].太原:山西财经大学,2008.LIANGJikai.EconomicsAnalysisoftheEvolutionofSmallTownAfterReformandOpeningUp[D].Taiyuan:ShanxiUniversityofFinance&Ecnomics,2008.[15]乔晶.大都市地区镇村关系重构研究[D].武汉:华中科技大学,2019.QIAOJing.ResearchontheReconstructionofRelationsBetweenTownsandVillagesinMetropolitanAreas:ACaseStudyinWuhanCity[D].Wuhan:HuazhongUniversityofScienceandTechnology,2019.[16]罗震东,何鹤鸣.全球城市区域中的小城镇发展特征与趋势研究--以长江三角洲为例[J].城市规划,2013(1):9-16.LUOZhendong,HEHeming.StudyonDevelopmentCharacteristicsandTrendsofSmallTownsintheGlobalCity-Region:ACaseStudyonYangtzeRiverDelta[J].CityPlanningReview,2013(1):9-16.[17]杜宁,赵民.发达地区乡镇产业集群与小城镇互动发展研究[J].国际城市规划,2011(1):28-36.(下转第82页)55乔晶耿虹小城镇从“分化”到“再分化”的价值内涵辨释进一步的深入研究。此外,对于不同的“市”,其空间治理体系基础及未来合理方案本就应存在差异,“市级”国土空间总体规划的编制内容和深度不存在“唯一答案”,如何因地制宜地提出建议,也有待进一步的比较研究。(本文为国土空间规划纲要编制征文优秀论文。)注释(Note)①十九大报告指出:全面深化改革总目标是完善和发展中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化。参考文献(References)[1]王新哲.地级市国土空间总体规划的地位与作用[J].城市规划学刊,2019(4):31-36.WANGXinzhe.ThePositionandFunctionofTerritorialMasterPlanofPrefecture-LevelCities[J].UrbanPlanningForum,2019(4):31-36.[2]赵民.国土空间规划体系建构的逻辑及运作策略探讨[J].城市规划学刊,2019(4):8-15.ZHAOMin.OntheConstructionLogicandImplementationAgendaoftheTerritoryDevelopmentPlanningSystemofChina[J].UrbanPlanningForum,2019(4):8-15.[3]潘海霞,赵民.国土空间规划体系构建历程、基本内涵及主要特点[J].82城乡规划,2019(5):4-10.PANHaixia,ZHAOMin.OntheReformCourse,BasicContentsandMainFeaturesofTerritoryPlanningSystemofChina[J].UrbanandRuralPlanning,2019(5):4-10.[4]杨浚,边雪.从规划编制到实施监督的贯通与协同--兼论北京国土空间规划体系的构建[J].北京规划建设,2019(4):10-14.YANGJun,BIANXue.LinkageandCoordinationfromPlanningFormulationtoImplementationSupervision:AlsoontheConstructionofBeijing`sTerritorialPlanningSystem[J].BeijingPlanningReview,2019(4):10-14.[5]市县国土空间规划编制的“武汉样本”[J].中国建设信息化,2019(9):24-27.“WuhanSample”forTerritorialPlanningatCityandCountyLevel[J].InformatizationofChinaConstruction,2019(9):24-27.[6]杨保军,陈鹏,董珂,等.生态文明背景下的国土空间规划体系构建[J].城市规划学刊,2019(4):16-23.(上接第55页)DUNing,ZHAOMin.OntheInteractiveDevelopmentBetweenRuralIndustrialClustersandTownshipsinCostalProvincesofChina[J].UrbanPlanningInternational,2011(1):28-36.[18]罗小龙,张京祥,江晓峰.苏南模式变迁中的小城镇发展及其思考[J].城市规划汇刊,2000(5):26-27,40-79.LUOXiaolong,ZHANGJingxiang,JIANGXiaofeng.TheFluxoftheSunanModelandTownDevelopment[J].UrbanPlanningForum,2000(5):26-27,40-79.YANGBaojun,CHENPeng,DONGKe,etal.FormationoftheNationalTerritoryDevelopmentPlanningSystemUndertheBackgroundofEcologicalCivilization[J].UrbanPlanningForum,2019(4):16-23.[7]张京祥,夏天慈.治理现代化目标下国家空间规划体系的变迁与重构[J].自然资源学报,2019,34(10):2040-2050.ZHANGJingxiang,XIATianci.TheChangeandReconstructionofSpatialPlanningSystemUndertheGoalofModernNationalGovernance[J].JournalofNaturalResources,2019,34(10):2040-2050.[8]刘卫东.经济地理学与空间治理[J].地理学报,2014,69(8):1109-1116.LIUWeidong.EconomicGeographyforSpatialGovernance[J].ActaGeographicaSinica,2014,69(8):1109-1116.[9]杨保军.城市规划30年回顾与展望[J].城市规划学刊,2010(1):14-23.YANGBaojun.UrbanPlanning30Years:ReviewsandProspects[J].UrbanPlanningForum,2010(1):14-23.[10]本刊编辑部.国土空间规划体系改革背景下规划编制的思考学术笔谈[J].城市规划学刊,2019(5):1-13.EditorialDepartmentofUrbanPlanningForum.ThoughtsonPlanningFormulationUndertheBackgroundoftheReformofTerritorialandSpatialPlanningSystem[J].UrbanPlanningForum,2019(5):1-13.[11]张洪巧,何子张,朱查松.基于空间治理的国土空间规划强制性内容思考--从城市总体规划强制性内容实效谈起[J].规划师,2019,35(13):21-27.ZHANGHongqiao,HEZizhang,ZHUChasong.AReflectionontheMandatoryContentofTerritorialSpatialPlanning:DiscussionontheEfficacyoftheMandatoryContentofUrbanMasterPlan[J].Planners,2019,35(13):21-27.[22]卢道典,袁中金.苏南小城镇发展分化与整合模式研究[J].小城镇建设,2009(4):31-35.LUDaodian,YUANZhongjin.AStudyontheDifferentiationandIntegrationofSmallTownsinSunan[J].DevelopmentofSmallCities&Towns,2009(4):31-35.[23]赵晖.说清小城镇-全国121个小城镇详细调查[M].北京:中国建筑工业出版社,2017,18-23.ZHAOHui.TalkaboutSmallTowns:ADetailedSurveyof121SmallTownsAcrosstheCountry[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2017,18-23.[24]罗震东.新兴田园城市:移动互联网时代的城镇化理论重构[J].城市规划,2020,44(3):9-16,83.LUOZhendong.E-GardenCity:ReconstructionofUrbanizationTheoryintheMobileInternetEra[J].CityPlanningReview,2020,44(3):9-16,83.[25]陈实,耿虹,乔晶.基于解释结构模型的小城镇再分化内涵解析[J].规划师,2019,35(10):12-17.CHENShi,GENGHong,QIAOJing.AnAnalysisoftheConnotationofRe-DifferentiationofSmallTownsBasedonInterpretativeStructur[J].Planners,2019,35(10):12-17.[19]李广斌,王勇,谷人旭.我国中西部地区小城镇发展滞后原因探析[J].城市规划,2005(10):40-44.LIGuangbin,WANGYong,GURenxu.ReasonsofSlowDevelopmentofSmallTownsinMidwestChina[J].CityPlanningReview,2005(10):40-44.[20]赵西君,刘科伟.东部小城镇发展模式对西部小城镇开发的借鉴意义[J].商业经济,2004(7):18-20.ZHAOXijun,LIUKewei.AStudyontheDevelopmentofWesternSmallTownbyUsingtheExperienceofEasternSmallTownsasReference[J].BusinessEconomy,2004(7):18-20.[21]王士兰,游宏滔,徐国良.培育中心镇是中国城镇化的必然规律[J].城市规划,2009,33(5):69-73.WANGShilan,YOUHongtao,XUGuoliang.CultivatingCentralTownsistheNecessaryRuleintheUrbanizationofChina[J].CityPlanningReview,2009,33(5):69-73.TerritorialPlanning国土空间规划城市规划CITYPLANNINGREVIEW2021年第45卷第5期VOL.45NO.5MAY.2021
以和田绿洲西北部的墨玉县为研究区域,对该地区2016-2018年发生的沙尘暴天气资料以及气象因子(气温、风速、湿度、气压、水汽压、日照时数)和大气污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)进行分析.结果表明,墨玉县沙尘暴天气主要发生在春夏季(3-8月),平均占全年发生频率的77.12%.墨玉县沙尘暴强度主要由气象因子决定,特别是气温、风速、日照时数和湿度.沙尘暴强度与大气颗粒物(PM10和PM2.5)存在着明显的间接关系,主要因为两者均受风速影响较大,沙尘暴强度越大,大气中PM10和PM2.5浓度越高.沙尘暴强度与SO2、NO2、CO、O3等大气污染物的关系非常微弱,但O3与沙尘暴的形成季节比较一致.
冰云是影响气候变化最为重要的因子之一,其生命周期的变化在很大程度上决定了冰云的气候辐射效应。冰云粒子下降末速度是影响冰云生命周期的关键参数。为了开展对冰云粒子下降末速度的研究,利用兰州大学半干旱气候与环境监测站Ka波段毫米波云雷达2013年8月至2015年7月连续观测数据,反演了冰云粒子的下降末速度(Vt),并根据雷达反射率因子(Z)与Vt的关系计算了拟合因子a、b的值;在此基础上应用聚类分析方法,对比分析了4种不同特性冰云Z、Vt和拟合因子a、b的时、空分布特征,进而尝试通过参数垂直分布特征识别研究云中不同位置上云微物理过程的变化。结果表明:冰云粒子下降末速度的分布与雷达反射率因子有很好的对应,最大频率都出现在距离地面约7 km高度处,且具有显著的季节变化,粒子下降末速度在暖季较冷季可增大25%,峰值出现在6月和9月;云层较厚且持续时间长的第一、三类冰云,其雷达反射率因子、粒子下降末速度及拟合因子a和b的平均值都显著大于云层较薄且持续时间短的第二、四类云。垂直方向上,Z、Vt和拟合因子b从云顶到云底随着高度的降低呈现先增大后减小的趋势,体现了云粒子在云顶区域成核和水汽凝华效应,随着粒子在下落过程中碰并增长,云滴粒子逐渐增大,水汽的凝华和粒子的聚合起主要作用,最后在云底部分,云粒子蒸发、升华减小消亡的过程。由此表明中纬度干旱半干旱地区冰云是从云顶到云底自上而下的形成过程。关键词云雷达(KAZR), 雷达反射率, 下降末速度, 聚类分析, 微物理过程中图法分类号 P412.251 引言冰云是指由冰晶粒子所组成的高云,主要出现在海拔8-17 km的对流层中上部(Barahona,et al,2017),全球覆盖率20%-50%,特别在中纬度地区分布更为广泛(Liou,1986;Wylie,et al,1999)。冰云由于其独特的物理光学特性,对区域及全球地-气系统能量平衡有重要影响。冰云一方面通过散射和吸收太阳短波辐射对地-气系统产生冷却作用,另一方面由于其在高空位置高、温度低,能够有效地吸收和阻挡来自温度相对较高的地表和云下大气发出的长波辐射,而以较低温度向外放出长波辐射,从而对地-气系统产生加热作用(刘玉宝等,1993;Zhao,et al,2014)。此外,冰云对降水过程也有显著影响,在人工增雨作业中起重要作用(梁军等,2010;周非非等,2010;Ping,et al,2011)。然而,由于冰晶粒子形状、大小的多样性和复杂的时空变化,以及其与辐射、动力过程的相互作用,使得冰云在气候模式中的准确表述一直是一个难题(Meyer,et al,2007;Baran,2012),冰云的参数化也成为气候模式模拟最大的不确定性因素之一(张国栋,1997;Mitchell,et al,2008)。因此,开展冰云的观测研究对气候模式中冰云的合理表述及改进参数化方案并进一步深入了解冰云的气候效应有重要意义(Lu,et al,2014;陈琪等,2018)。云的生命周期一直是一个难以解决的问题。云滴粒子下降末速度和周围环境空气垂直运动速度是影响冰云生命周期的两个关键参数(Protat,et al,2011)。云滴粒子生成后在环境大气中运动,粒子在下降过程中受重力与空气阻力作用,空气阻力大小与下降速度有关,速度越大,空气阻力越大,当空气阻力大小与云滴粒子重力达到平衡时,云滴粒子就会匀速运动,这一速度被称之为云滴粒子下降末速度。云滴粒子下降末速度能够影响云滴粒子生成、生长及消亡的过程。云滴粒子下降末速度的减小可以延长云寿命,增加卷云的覆盖范围,进而增强长波辐射的强迫效应(Sanderson,et al,2008)。另外,云滴粒子下降末速度也会对冰水含量产生重要影响(Jakob,2002,2003)。环境空气的垂直速度可以改变对流层上层的大气冷却率从而影响冰晶的过饱和度以及冰核活化和冰晶的生成(Kärcher,et al,2002)。云滴粒子下降末速度和环境空气垂直速度是影响冰云微物理性质及其动力过程的重要因素,因此,利用长期观测数据开展云滴粒子下降末速度及空气垂直速度等动力因子的反演研究,进而准确地识别冰云宏、微观物理特性和动力特性,将有助于提高对云形成、消散等物理、动力过程以及其与大气大尺度运动关系的认识,从而改进云在模式中的准确表述(Fu,et al,2002;Li,et al,2011;Lu,et al,2012)。在气候模式冰云的参数化中,如何正确表述冰中外学者针对不同粒子下降末速度已经开展李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1039了一些研究工作。Lord等(1988)的研究结果显示冰相粒子下降末速度的不同将会引起热带气旋动力过程的不同。Gilmore等(2004)研究模拟了超级和多单体风暴中霰的下降末速度,结果表明较大的下降末速度将产生较大的地面累计降雨量;而较小的下降末速度将导致地面降水量的减少。McFarquhar等(2006)对霰粒子下降末速度的研究结果表明,霰的下降末速度减小时降水强度也将减小,并且对地面气压和风速都有影响。陶玥等(2009)利用美国俄克拉荷马州立大学非静力中尺度数值模式ARPS研究了霰粒子下降末速度对云系和降水发展的影响,结果表明霰下降末速度的变化将调整底层降水分布,并且会影响霰的融化与增长从而影响热力场。张衍达等(2016)使用WRF模式对华南强降水个例进行模拟研究,结果表明云粒子下降末速度和粒子谱参数对降水的强度和发展都有显著影响。贾星灿等(2018)利用地基降水粒子谱仪配合云雷达和近地面显微观测数据,对比了冬季4类不同降水粒子的下降速度分布特征,结果表明冬季雪花、霰粒和混合态降水粒子下降速度分布的散度较雨滴更大,并指出这是由于固态粒子下落过程中更容易发生破碎、聚并和凇附等微物理过程造成的。目前许多云粒子下降末速度的研究工作均是基于个例研究,缺乏长时间序列的统计分析。对于准确识别冰云宏微观物理特性和动力特性,特别是进一步探究其与大尺度气象场和云动力过程关系的研究,需要长时间、高分辨率的观测数据(Mace,et al,2002;Delanoë,et al,2007;Protat,et al,2007)。地基毫米波云雷达由于其波长较短,对冰晶粒子有较高的敏感性,不仅能够穿透多层云获得详细的云层垂直结构(Kollias,et al,2007;仲凌志等,2011);还可以对同一地区进行长时间连续观测,从而弥补飞机观测在时间连续性上的不足,因此云雷达是观测和研究冰云的有效工具(Deng,et al,2006;刘黎平等,2009;严卫等,2012),而其长时间序列的定点连续观测资料,则有着非常重要的研究价值。兰州大学于2013年引进并安装于半干旱气候与环境监测站(Semi-Arid Climate & EnvironmentObservatory of Lanzhou University,SACOL)的Ka波段毫米波云雷达(Ka-Band Zenith Radar,KAZR),是中国第一台在半干旱区做固定观测的多普勒云雷达系统。文中利用SACOL站连续两年KAZR云雷达观测数据,反演了该地区冰云粒子下降末速度,统计分析了不同类型冰云的雷达反射率因子和粒子下降末速度的时、空分布特征;并在此基础上根据冰云粒子下降末速度与雷达反射率因子的关系,计算分析了不同类型冰云中关系因子a和b及其垂直分布特征,进而尝试通过其分布变化特征识别研究云中不同位置上云微物理过程的变化。2 数据与方法2.1数据文中采用SACOL站2013年8月至2015年7月KAZR云雷达探测数据。KAZR云雷达是水平方向极化发射电磁波,同时在水平和垂直两个方向接收极化的双极化多普勒云雷达,工作频率为35 GHz(波长8.6 mm),峰值功率2.2 kW,天线直径1.82 m,波束宽度0.33°,在天顶方向观测大气水凝悬浮粒子的回波信号。KAZR云雷达有两种运行模式,分别是“chirp”模式和“burst”模式。“chirp”模式采用脉冲压缩,对载频做线性调频,可以在有效提高脉冲功率的同时,保持较小的脉冲宽度,其在5 km处具有高达−68 dBz的雷达敏感性。“chirp”模式能够穿过低层云,从而较好地探测出高层云的特性;“burst”模式的工作频率为34.83 GHz,发射短脉冲,可以观测距地面0.15 km以上的云层。KAZR云雷达时间分辨率为4.27 s,垂直方向空间分辨率为30 m。KAZA云雷达0级矩数据包括反射率因子、多普勒速度、谱宽、线性退偏比和雷达信噪比。Ge等(2017)利用双边滤波思想提出了云检测新方法,用以初级观测数据的杂波滤除,在此基础上,Ge等(2018)进一步根据有关冰云的定义标准,结合云顶温度、云底温度和云层中最大雷达回波处的温度,对冰云进行了识别。在上述数据基础上,利用多普勒速度进行了冰云粒子下降末速度和大气垂直速度的反演。2.2云滴粒子下降末速度反演KAZR多普勒云雷达得到的多普勒速度()由两部分构成式中,为环境大气的垂直运动速度,为云滴粒子的平均下降末速度。利用云雷达观测数据反演云VDVD=Va+Vt(1)VaVt1040ActaMeteorologicaSinica气象学报2020,78(6),从而粒子下降末速度主要有统计拟合法和时间平均法。Orr等(1999)提出由多普勒速度反演下降末速度的统计拟合方法:对于一个持续的非强对流云系统,对多普勒速度进行长时间平均后,环境空气的垂直运动速度为0,即,基于此假设,把不同高度区间与反射率区间内的反射率因子(Z)与其相对应的多普勒速度()求平均得到与,然后在每个高度层上,利用对应的Z与拟合关系式进行拟合,得到参数后代入雷达反射率数据最终得到云粒子下降末速度(Vt)。Matrosov等(2002)对上述方法进行简化提出了时间平均法:假设平整云层在没有强烈湍流情况下,通过对多普勒速度进行20 min的滑动平均从而得到云滴粒子的下降末速度。在此基础上Kalesse等(2013)将统计拟合法和时间平均法结合提出了一种新的改进方法:对于给定的云,不把云作为一个整体来考虑,而是根据一定高度和时间间隔范围内云滴粒子大小特征,按雷达反射率因子将云分为不同小块,在每个小块间隔内进行时间平均及拟合计算,更为合理有效地减小空气速度的影响,可以应用在云体内粒子和气流分布更为复杂的情况。文中两年雷达数据都是利用此改进方法进行粒子下降末速度的反演。由于KAZR雷达数据的垂直分辨率为30 m,在垂直方向上选取了90 m的高度间隔进行反演。在每个高度间隔上,时间分辨率为20 min,采取这一时间长度的原因是:若间隔大于20 min,不仅统计性能没有改善,云的小尺度特征也会丢失,而如果采用太短的时间间隔,会导致对空气运动的过滤不够(Protat,et al,2011)。然后在选取的云块内以2 dBz为间隔对反射率因子和相应的多普勒速度进行平均,多普勒速度的平均值即为这一高度-时间间隔内云滴粒子的平均下降末速度,进一步对进行拟合。由于雷达数据没有Z值,而给出的是Z(dBz)的值,Z(dBz)=10 lg Z,所以将指数形式在对,其中a=100.1A,数坐标中写成b=B。为了尽可能去掉噪音对结果的影响,拟合得到b之后,用误差权重平滑样条法来对b进行平,D(b)是b的方差。对b滑。其中权重平滑之后,进行二次拟合,即用平滑过的b来确定a。拟合过程中为了得到较为准确的a、b,文中仅对每一个高度-时间间隔内反射率因子间隔数至少为4个的情况进行拟合,从而得到云滴粒子下降末速度(Vt);而对于间隔数少于4个的情况,则认为在这个间隔内粒子的下降末速度与反射率因子相关较弱,通过将这一时段内的多普勒速度进行滑动平均来得到下降末速度(Vt),这种情况通常发生在云层分布高度较为均匀的情况下,在此条件下雷达的反射率因子变化很小。图1为利用2014年3月3日的KAZR雷达探测数据,通过不同反演方法得到的粒子下降末速度。从图中可以看出,图1a显示的统计拟合算法与图1c的联合算法结果整体较为一致,但这一方法使用时假设整层云物理性质相同,并未考虑云物理性质在垂直方向的差异。利用时间平均法(图1b)计算得到的粒子下降末速度在云顶接近0,这与联合方法结果一致,较为接近真实情况。而该方法的应用具有一定的局限性,其只能应用在没有大范围垂直运动的环境场中,如果有较强的上升或下沉运动,则不能满足空气垂直速度平均后为0的假设。从图1b中可以看出云层较高位置出现了负值,即粒子在这一位置存在向上运动,这部分速度应采取合理方法加以剔除。图1c的Kalesse算法结合前两种方法,在结果上很好地剔除多普勒速度中负值部分,使得云顶部分速度接近于0,同时云中的一些大值区也有所保留,更接近于真实情况。2.3聚类分析在云粒子下降末速度反演的基础上,利用聚类分析方法(Jain,et al,1999)进一步研究不同类型冰云下降末速度的差异。聚类分析方法是一种可以用来有效地说明云物理特性与宏观过程之间联系的方法(Zhang,et al,2007),此方法的核心是利用迭代把总样本分成不同的类别,使生成的每个类别内部紧凑而各类别之间差异较大、相互独立。其完成步骤是:先确定初始的K个聚类中心,然后将总样本按最小距离原则分配到最邻近的类,使用每个类中的样本均值作为新的聚类中心,重复上述步骤使聚类中心不再发生变化,最后得到K个类。为了避免初始聚类中心对分类结果的影响,采用多次运行的方法来减小较差的初始聚类中心带来的影响(Ge,et al,2018)。文中根据冰云事件的平均云顶高度、持续时间和云层厚度,利用聚类方法将冰云Va=0VD=VtVDZVtVtVt=aZbVt=aZb10lgVt=A+B•Z(dBz)W=1D(b)李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1041 图 1 不同算法得到的粒子下降末速度 (a. 统计学算法 ,b. 时间平均算法 ,c. 联合算法)Fig. 1 Terminal fall velocity from (a) statistical algorithm,(b) time average algorithm and (c) Joint algorithm分为4类。表1为4种不同冰云类型的宏观物理特性统计。从表中可以看出,二、四类云持续时间较短,厚度较薄,其中第四类与第二类云相比云顶高度较低,主要位于对流层中层。一、三类云云顶高度都在8 km左右,云层厚度较厚且持续时间长,第 三类云平均持续时间可达17.7 h。另外,文中为了便于不同类型云之间的比较,对云的厚度进行了归一化处理,定义nh=,其中是距离云顶的高度,h是整个云层厚度。因此云底和云顶的nh值分别为−1和0。Table 1 Statistical characteristics of various types of ice clouds (mean ± standard deviation)表 1 4类冰云的物理特性统计(均值±标准差)第一类云8.31±1.472.22±1.417.50±3.20第二类云9.80±1.390.90±0.671.50±1.80第三类云8.63±1.292.83±1.7617.70±3.80第四类云6.72±1.010.95±0.711.50±1.80云顶高度(km)云层厚度(km)持续时间(h) 3 结果分析3.1下降末速度的个例反演图2为2014年3月3日云雷达探测的雷达反射率因子和多普勒速度,以及云粒子下降末速度和空气垂直速度的反演结果。从图中可以看出,该个例云层高度分布范围为3-8 km,大部分云集中在5 km高度以上,云层较厚。雷达反射率因子在−60-∆h=h∆h10Height(km)(a)(b)(c)864210Height(km)864210Height(km)864200:0003:0009:0006:0018:0021:0000:00UTC12:0015:001.5m/s1.00.50−0.5−1.0−1.51042ActaMeteorologicaSinica气象学报2020,78(6) 图 2 SACOL站2014年3月3日冰云个例结果(a. 雷达反射率因子,单位:dBz;b. 多普勒速度,单位:m/s;c. 粒子下降末速度,单位:m/s; d. 空气垂直速度,单位:m/s,正值代表向下运动)Fig. 2 Radar reflectivity (a, unit: dBz),Doppler velocity (b, unit: m/s),particle terminal fall velocity (c, unit: m/s),verticalvelocity (d, unit: m/s) from a case study of ice clouds at SACOL on 3 March 2014 (Positive values indicate downward motion)10 dBz,云顶部分雷达反射率因子最小,说明此处云滴粒子小,云顶为云滴粒子开始生成区域所以粒子最小;随着云层高度的降低,由于云粒子在下落过程中碰并增长,粒子不断增大所以反射率逐渐增大;云底部分,伴随云粒子逐渐减小消亡,反射率因子也逐渐减小。图2b中显示的多普勒速度()在云顶部分接近0,这跟实际情况较为吻合,并从云顶到云底逐渐增大,为−1.5-1.5 m/s。根据2.2节中介绍的Kalesse联合算法,反演的粒子下降末速度结果 如图2c所示,其变化与雷达反射率因子的强、弱有很好的对应,随着云滴粒子生成增长,的大小随着云高的降低而增大。在反演得到的基础 进一步计算得到环境空气运上,可通过动的垂直速度。从图2d可以看出,环境空气垂直速度波动较大,上升气流与下降气流约各占50%,表明该个例云层内湍流发展较为旺盛。根据反演得到的下降末速度,再结合2.2节中所描述的与Z的拟合关系进一步得到了a和b的垂直分布(图3)。图3a、b为雷达反射率因子(Z)及云粒子下降末速度()的垂直变化。与图2结果一致,伴随云粒子的生成、发展及消亡,雷达反射率因子从云顶到云底呈现出先增大后减小的趋势;云滴粒子下降末速度()整体从高到低缓慢增大。b在垂直方向上随着高度而变化,其变化趋势和反射率因子较为一致,先增大后减小,在云顶部分为负值,下降到中低层时增大为正值,在云层底部又减小为负值,对云粒子在各高度上不同的物理过程有较好的反映。a从云顶到云底缓慢且波动增大。3.2雷达反射率因子与下降末速度的时空分布在以上个例反演的基础上,利用2013年8月至2015年7月云雷达连续观测数据,反演分析了SACOL站两年间雷达反射率因子和云粒子下降末速度的时、空统计分布特征。图4为雷达反射率因子与粒子下降末速度的频率分布特征。从图中可以看出雷达反射率因子的分布区间为−53.4-9.3 dBz,最大频率集中在−30-−15 dBz范围内,最大频率的出现位置在距离地面约7 km高度处。云粒子下降末速度变化范围为0.2-0.9 m/s;最大频率速度集中在0.3-0.5 m/s,最大频率出现位置与雷达反射率因子较为一致,同样出现在距地约7 km高度处。在这一位置区域,云粒子处于发展增大过程中,使VDVtVtVtVa=VD(cid:0)VtVtVtVt10(a)(b)(c)(d)Height(km)864210Height(km)864200:0003:0009:0006:0018:0021:00UTC12:0015:0000:0003:0009:0006:0018:0021:00UTC12:0015:00−100−20−30−40−50−601.01.50.50−0.5−1.0−1.51.01.50.50−0.5−1.0−1.51.01.50.50−0.5−1.0−1.5李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1043 图 3 SACOL站2014年3月3日冰云个例雷达反射率因子 (a)、下降末速度 (b) 及系数a (c) 和b (d) 的垂直分布Fig. 3 Vertical distributions of radar reflectivity (a),terminal fall velocity (b),coefficient a (c) and coefficient b (d) forthe ice clouds case at SACOL on 3 March 2014得雷达反射率因子与下降末速度均出现较大数值。图5给出了雷达反射率因子与下降末速度的季节分布。从图中看出雷达反射率因子与下降末速度都显示出在暖季较大,冷季较小的季节变化趋势。图5b中粒子下降末速度的季节变化更为显著,中位数在6月时达到最大,云粒子平均下降末速度在暖季(5-10月)时为0.44 m/s,较冷季(11月-次年4月)的平均值0.35 m/s增大了25%。这主要是因为暖季地面和大气温度较高,大气中水汽含量较高,上升运动较强,有利于形成较大的云滴粒子,而云粒子的增大也将使得其下降末速度相应增大。3.3不同类型云Z、Vt及系数a、b垂直分布特征不同高度及厚度的云,其云粒子物理特性差异较大。为了分析各类型云粒子下降末速度的变化特征,进一步探讨不同类型云内物理过程的差异,利用2.3节中介绍的聚类分析方法,基于2013年8月-2015年7月的两年云雷达观测数据,反演得到了4种不同类型云的雷达反射率因子、云粒子下(a)(b)(c)(d)−0.50−1.0−1.5−2.0−2.5−3.0−3.5−4.0−50−40−30−20Z(dBz)00.51.0Vt(m/s)−0.2−0.100.10.2bDistancefromcloudtop(km)−0.50−1.0−1.5−2.0−2.5−3.0−3.5−4.0Distancefromcloudtop(km)−0.50−1.0−1.5−2.0−2.5−3.0−3.5−4.000.20.40.60.8aDistancefromcloudtop(km)−0.50−1.0−1.5−2.0−2.5−3.0−3.5−4.0Distancefromcloudtop(km)1044ActaMeteorologicaSinica气象学报2020,78(6) 图 4 2013年8月至2015年7月冰云 (a) 雷达反射率因子频率分布、(b) 下降末速度频率分布Fig. 4 Ice cloud data(a) radar reflectivity frequency distribution,(b) terminal fall velocity frequency distribution for theperiod from August 2013 to July 2015图 5 2013年8月至2015年7月冰云 (a) 雷达反射率因子季节分布、(b) 下降末速度季节分布Fig. 5 Ice cloud data(a) radar reflectivity seasonal distribution,(b) terminal fall velocity seasonal distribution for theperiod from August 2013 to July 2015降末速度以及拟合系数a、b。表2给出了4类冰云的Z、和系数a、b的平均值与标准差统计结果。可以看出,对于云层较厚且持续时间长的第一、三类冰云,这4个参数的平均值都显著大于云层较薄且持续时间短的第二、四类云。由此可以看出一、三类云的云滴粒子粒径要普遍大于二、四类云滴粒子,说明相对于薄云,较厚的云可以有更好的条件使云滴粒子的粒径变得更大。图6为不同类型云雷达反射率因子和粒子下降末速度及拟合系数的垂直分布。从图6可以看出,4种不同类型云垂直方向上从云顶到云底雷达反射率因子、云滴粒子下降末速度和拟合系数都呈现出一致的先增大后减小的变化趋势。但在云内不同高度上,又显示出眀显的差异。在云层顶部这一位置,主要是粒子成核和水汽凝华区域,云滴粒子刚开始形成,粒径较小,所以4类云的粒子下降末速度均为最小值且不同类型云间差别较小,均为0.3 m/s左右;a和b在这一区域的值也均为最小值,除了第VtZ(dBz)16(a)(b)1.214101286420.81.00.60.40.285674321−60−50−40−30−20Height(km)−1010020Vt(m/s)16141012864200.20.40.60.8%%Height(km)1.0Z(dBz)Vt(m/s)10(a)(b)0−10−20−30−40−50−60JanMarMayJulSepNovJanMarMayJulSepNov1.21.00.80.60.40.20李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1045表2 4种不同类型云雷达反射率因子(Z)、云粒子下降末速度()和拟合系数(a、b)的均值与标准差Table 2 Mean and standard deviations of four variables for different types of clouds冰云类型第一类云第二类云第三类云第四类云Z(dBz)−26.8±8.57−31.2±5.53−26.3±8.95−32.0±7.42Vt(m/s)0.42±0.240.37±0.130.41±0.260.36±0.16a0.68±0.670.64±0.730.69±0.710.64±0.79b0.04±0.130.02±0.150.05±0.140.03±0.13 图 6 SACOL站4类不同的云 (a) 雷达反射率因子、 (b) 下降末速度 、(c) 系数a、 (d) 系数b的垂直分布Fig. 6 Vertical distributions of (a) radar reflectivity,(b) terminal fall velocity,(c) coefficient a,(d) coefficient b for four different types of clouds at SACOL二类云,第一、三和四类云a和b值差别不大,a值在0.5左右,b值接近于0。而第二类云a和b值在云顶明显小于其他3类云,这主要是第二类云云顶平均高度达到9.8 km,显著高于其他类型云所造成的。在云层中部及中下部,由于水汽的凝华和粒子的聚合起主要作用,云滴粒子逐渐增大,雷达反射Vt−50−40−30−20Normdistfromcloudtop0.20.30.40.50.6Vt(m/s)Z(dBz)ba0(a)(b)(c)(d)−0.2−0.4−0.6−0.8−1.00−0.2−0.4−0.6−0.8−1.00.40.60.81.21.0Normdistfromcloudtop−0.10−0.0500.050.100−0.2−0.4−0.6−0.8−1.00−0.2−0.4−0.6−0.8−1.0type1type2type3type4type1type3type2type4type1type3type2type4type1type3type2type41046ActaMeteorologicaSinica气象学报2020,78(6)率因子和云粒子下降末速度都显著增大,雷达反射率因子和下降末速度的值分别在nh=0.6和0.8的位置出现最大值,说明在这一位置区间上云粒子增长为最大随后下降末速度也增速为最大值。对于第一、三类云由于其云层较厚水汽充足,其Z和值显著大于云层较薄的第二、四类云;在这一区域,拟合系数b从云顶的负值增大到正值,对于云层较厚类型的云,b可达到0.08。对于第三类持续时间最长且云层最厚的云,b在nh=0.7处达到最大值,而对于云层较薄但云顶高度较高的第二类云,b达到最大值的位置更接近云底,在nh=0.8处达到最大。在云层下部接近云底的位置主要是云的升华区,云滴粒子蒸发、升华过程占主导,因此在这一区域,云滴粒子粒径减小,雷达反射率因子、云粒子下降末速度和拟合系数都随之减小。通过以上分析可以看出虽然不同类型云的雷达反射率因子、粒子下降末速度有所差别,但其在垂直方向上的变化较为一致,说明中纬度干旱半干旱地区冰云的形成都是从云顶到云底自上而下发展的。b在垂直方向上呈现出与雷达反射率因子及粒子下降末速度一致的变化,可以尝试用于云内不同物理过程的识别。3.4不同类型云Z、Vt的日变化与季节变化特征在不同类型冰云主要变量垂直分布的研究基础上,进一步分析不同类型冰云参数的日变化及季节变化特征。图7为4种类型冰云雷达反射率因子与云粒子下降末速度的日变化。从图7可以看到,对于第一、三类云,雷达反射率因子和粒子下降末速度的日变化比较平滑,没有明显峰值区域。这主要是和它们的持续时间有关,这两类云持续时间很长,随时间变化较为平缓。而对于云层较薄的第二、四类云,由于其持续时间很短(平均只有1.5 h),所以雷达反射率因子和粒子下降末速度的日变化有较为明显的起伏,其中第二类云的Z和在09时与15时出现明显峰值。4种类型云的雷达反射率因子与下降末速度的季节变化如图8所示。从图中可以看出,4类云雷达反射率因子和下降末速度的季节分布变化趋势基本一致,呈现冷季较小,暖季较大的分布,并在6月和9月出现峰值,这主要是由于较高的温度有利于云内粒子运动,而且在季节转换的月份不同天气系统出现频率的增加也有利于云的形成。低值区出现在7-8月,由于这一时段对流层上层的相对湿度比其他月份低,且垂直运动相对较弱,不利于云的产生(Ge,et al,2018)。4 结论利用SACOL站KAZR云雷达2013年8月至2015年7月的连续观测数据,反演了云粒子的下降末速度,统计分析了雷达反射率因子和粒子下降末 图 7 4类冰云 (a) 雷达反射率因子、(b) 云粒子下降末速度日变化分布Fig. 7 Diurnal variation distributions of (a) radar reflectivity and (b) terminal fall velocity forfour different types of cloudsVtVtZ(dBz)type1type2type3type4type1type2type3type4−24−26−28−32−34−30−3600:0006:0012:0018:00BTVt(m/s)0.500.450.350.400.3000:0006:0012:0018:00BT(a)(b)李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1047 图 8 4类冰云 (a) 雷达反射率因子、(b) 云粒子下降末速度季节分布Fig. 8 Seasonal distributions of (a) radar reflectivity and (b) terminal fall velocity for four different types of clouds速度的时、空分布特征;并在此基础上运用聚类分析方法,对比分析了4类不同特性冰云Z、和拟合因子a、b的日变化、季节变化以及垂直分布特征,进而尝试通过其特征识别研究云中不同位置上的微物理过程。主要得到以下结论:(1)SACOL站冰云主要出现在2-12 km高度,雷达反射率因子的众数集中于−30-−15 dBz,下降末速度的众数集中于0.3-0.5 m/s,两者有很好的对应关系,最大的频率都出现在距地面约7 km高度上。雷达反射率因子与下降末速度均表现出显著的季节变化,粒子下降末速度在暖季较冷季增大了25%,主要是由于暖季温度较高上升运动较强,不仅有利于云的形成,而且较高的温度也会使环境大气和云滴粒子垂直速度增大。(2)云层较厚且持续时间长的第一、三类冰云,其雷达反射率因子、粒子下降末速度及拟合系数a和b的平均值都显著大于云层较薄且持续时间短的第二、四类云。由此说明相对于薄云,较厚的云可以有更好的条件使云滴粒子的粒径变得更大。第一、三类较厚的云由于其持续时间长,所以日变化较为平缓。季节变化上,4种类型冰云的雷达反射率因子和下降末速度的变化分布特征基本一致,都在6月和9月出现峰值,这主要是由于较高的温度有利于云内粒子运动,而且在季节转换的月份不同天气系统出现频率的增大也有利于云的形成。(3)4类不同特性冰云的雷达反射率因子、下降末速度和b在垂直方向上的变化趋势基本一致,从云顶到云底随着高度的降低都呈现出先增大后减小的变化特征。在接近云顶的上层,主要是云中粒子成核和水汽凝华的区域,粒子较小,下降速度低;云的中层及中下部,水汽的凝华和粒子的聚合起主要作用,云滴粒子和下降速度都逐渐增大,接近云底部分,云滴粒子蒸发升华,云粒子逐渐减小甚至消亡。由此可以说明,中纬度干旱半干旱地区冰云的形成过程是从云顶到云底自上而下的。b在垂直方向上呈现出与雷达反射率因子及粒子下降末速度一致的变化,说明此参数可以尝试用于云内不同物理过程的识别。参考文献 陈琪,张华. 2018. 不同形状冰晶权重假定对冰云光学和辐射特性的影响.气象学报,76(2):279-288. Chen Q,Zhang H. 2018. Effects of icecrystal habit weight on ice cloud optical properties and radiation. ActaMeteor Sinica,76(2):279-288 (in Chinese) 贾星灿,马新成,毕凯等. 2018. 北京冬季降水粒子谱及其下落速度的分布特征. 气象学报,76(1):148-159. Jia X C,Ma X C,Bi K,et al. 2018.Distributions of particle size and fall velocities of winter precipitation inBeijing. Acta Meteor Sinica,76(1):148-159 (in Chinese) 梁军,张胜军,王树雄等. 2010. 大连地区一次区域暴雪的特征分析和数值模拟. 高原气象,29(3):744-754. Liang J,Zhang S J,Wang S X,et al.2010. Characteristic analysis and numerical simulation of a snowstorm inDalian region. Plateau Meteor,29(3):744-754 (in Chinese) Vttype1type2type3type4type1type2type3type4Vt(m/s)Z(dBz)−20(a)(b)−25−30−35−40−45JanMarMayJulSepNov0.200.250.300.350.400.450.50JanMarMayJulSepNov1048ActaMeteorologicaSinica气象学报2020,78(6)刘黎平,仲凌志,江源等. 2009. 毫米波测云雷达系统及其外场试验结果初步分析. 气象科技,37(5):567-571. Liu L P,Zhong L Z,Jiang Y,et al.2009. Cloud radar and its field experiments in China. Meteor SciTechnol,37(5):567-571 (in Chinese) 刘玉宝,胡志晋. 1993. 卷云数值模式和对流性卷云数值模拟. 气象学报,51(2):148-158. Liu Y B,Hu Z J. 1993. A cirrus cloud model and thesimulations of a cirrus convective cell. Acta Meteor Sinica,51(2):148-158 (in Chinese) 陶玥,齐彦斌,洪延超. 2009. 霰粒子下落速度对云系及降水发展影响的数值研究. 气象学报,67(3):370-381. Tao Y,Qi Y B,Hong Y C. 2009.Numerical simulations of the influence of the graupel fall terminalvelocity on cloud system and precipitation development. Acta MeteorSinica,67(3):370-381 (in Chinese) 严卫,韩丁,陆文等. 2012. 基于COSMIC掩星探测资料的云底高反演研究.地球物理学报,55(1):1-15. Yan W,Han D,Lu W,et al. 2012.Research of cloud-base height retrieval based on COSMIC occultationsounding data. Chinese J Geophys,55(1):1-15 (in Chinese) 张国栋. 1997. 冰云短波辐射特性参数化. 应用气象学报,8(3):283-291. Zhang G D. 1997. Parameterization of shortwave radiation properties ofice cloud. Quart J Appl Meteor,8(3):283-291 (in Chinese) 张衍达,王东海,尹金方等. 2016. 粒子下落末速度和粒子谱形参数对降水模拟影响的数值研究. 大气科学,40(4):841-852. Zhang Y D,Wang DH,Yin J F,et al. 2016. Impacts of terminal velocity and drop sizedistribution shape on the numerical simulation of precipitation. Chinese JAtmos Sci,40(4):841-852 (in Chinese) 仲凌志,刘黎平,葛润生等. 2011. 毫米波测云雷达的系统定标和探测能力研究. 气象学报,69(2):352-362. Zhong L Z,Liu L P,Ge R S,et al.2011. A study of the calibration of the new generation of millimeter-wave-length cloud radar (HMBQ)and its detection capability. ActaMeteor Sinica,69(2):352-362 (in Chinese) 周非非,洪延超,赵震. 2010. 一次层状云系水分收支和降水机制的数值研究. 气象学报,68(2):182-194. Zhou F F,Hong Y C,Zhao Z. 2010. Anumerical study of the moisture budget and the mechanism forprecipitation for a stratiform cloud system. Acta Meteor Sinica,68(2):182-194 (in Chinese) Barahona D,Molod A,Kalesse H. 2017. Direct estimation of the globaldistribution of vertical velocity within cirrus clouds. Sci Rep,7:6840 Baran A J. 2012. From the single-scattering properties of ice crystals toclimate prediction: A way forward. Atmos Res,112:45-69 Delanoë J,Protat A,Bouniol D,et al. 2007. The characterization of ice cloudproperties from Doppler radar measurements. J Appl Meteor Climatol,46(10):1682-1698 Deng M,Mace G G. 2006. Cirrus microphysical properties and air motionstatistics using cloud radar Doppler moments. Part I:Algorithmdescription. J Appl Meteor Climatol,45(12):1690-1709 Fu Q,Baker M,Hartmann D L. 2002. Tropical cirrus and water vapor:Aneffective Earth infrared iris feedback?. Atmos Chem Phys,2(1):31-37 Ge J M,Zhu Z E,Zheng C,et al. 2017. An improved hydrometeor detectionmethod for millimeter-wavelength cloud radar. Atmos Chem Phys,17(14):9035-9047 Ge J M,Zheng C,Xie H L,et al. 2018. Midlatitude cirrus clouds at theSACOL site:Macrophysical properties and large-scale atmosphericstates. J Geophys Res:Atmos,123(4):2256-2271 Gilmore M S,Straka J M,Rasmussen E N. 2004. Precipitation and evolutionsensitivity in simulated deep convective storms:Comparisons betweenliquid-only and simple ice and liquid phase microphysics. Mon Wea Rev,132(8):1897-1916 Jain A K,Murty M N,Flynn P J. 1999. Data clustering:A review. ACMComput Surv,31(3):264-323 Jakob C. 2002. Ice clouds in numerical weather prediction models∥Lynch DK. Cirrus. New York:Oxford University Press,327-345 Jakob C. 2003. An improved strategy for the evaluation of cloud para-meterizations in GCMS. Bull Amer Meteor Soc,84(10):1387-1402 Kalesse H,Kollias P. 2013. Climatology of high cloud dynamics usingprofiling ARM Doppler radar observations. J Climate,26(17):6340-6359 Kärcher B,Lohmann U. 2002. A parameterization of cirrus cloud formation:Homogeneous freezing of supercooled aerosols. J Geophys Res:Atmos,107(D2):AAC 4-1-AAC 4-10 Kollias P,Clothiaux E E,Miller M A,et al. 2007. Millimeter-wavelengthradars:New frontier in atmospheric cloud and precipitation research. BullAmer Meteor Soc,88(10):1608-1624 Li Z Q,Niu F,Fan J W,et al. 2011. Long-term impacts of aerosols on thevertical development of clouds and precipitation. Nat Geosci,4(12):888-894 Liou K N. 1986. Influence of cirrus clouds on weather and climate processes:A global perspective. Mon Wea Rev,114(6):1167-1199 Lord S J,Lord J M. 1988. Vertical velocity structures in an axisymmetric,nonhydrostatic tropical cyclone model. J Atmos Sci,45(9):1453-1461 Lu C S,Liu Y G,Yum S S,et al. 2012. A new approach for estimatingentrainment rate in cumulus clouds. Geophys Res Lett,39(4):L04802 Lu C S,Liu Y G,Niu S J. 2014. Entrainment-mixing parameterization inshallow cumuli and effects of secondary mixing events. Chinese SciBull,59(9):896-903 Mace G G,Heymsfield A J,Poellot M R. 2002. On retrieving themicrophysical properties of cirrus clouds using the moments of themillimeter-wavelength Doppler spectrum. J Geophys Res:Atmos,107(D24):AAC 22-1-AAC 22-26 Matrosov S Y,Korolev A V,Heymsfield A J. 2002. Profiling cloud ice massand particle characteristic size from Doppler radar measurements. JAtmos Oceanic Technol,19(7):1003-1018 McFarquhar G M,Zhang H N,Heymsfield G,et al. 2006. Factors affecting theevolution of Hurricane Erin (2001) and the distributions of hydro-meteors:Role of microphysical processes. J Atmos Sci,63(1):127-150 李旭岗等:SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征研究1049Meyer K,Yang P,Gao B C. 2007. Ice cloud optical depth from MODIS cirrus557-572 reflectance. IEEE Geosci Remote Sens Lett,4(3):471-474 Mitchell D L,Rasch P,Ivanova D,et al. 2008. Impact of small ice crystalassumptions on ice sedimentation rates in cirrus clouds and GCMsimulations. Geophysl Res Lett,35(9):L09806 Orr B W,Kropfli R A. 1999. A method for estimating particle fall velocitiesfrom vertically pointing Doppler radar. J Atmos Oceanic Technol,16(1):29-37 Ping F,Luo Z X,Wang H J. 2011. Effects of ice and water clouds on rainfall:A partitioning analysis based on surface rainfall budget. Atmos Sci Lett,12(3):300-308 Protat A,Williams C R. 2011. The accuracy of radar estimates of ice terminalfall speed from vertically pointing Doppler radar measurements. J ApplMeteor Climatol,50(10):2120-2138 Sanderson B M,Piani C,Ingram W J,et al. 2008. Towards constrainingclimate sensitivity by linear analysis of feedback patterns in thousands ofperturbed-physics GCM simulations. Climate Dyn,30(2-3):175-190 Wylie D P,Menzel W P. 1999. Eight years of high cloud statistics usingHIRS. J Climate,12(1):170-184 Zhang Y Y,Klein S,Mace G G,et al. 2007. Cluster analysis of tropical cloudsusing CloudSat data. Geophys Res Lett,34(12):L12813 Protat A,Delanoë J,Bouniol D,et al. 2007. Evaluation of ice water contentretrievals from cloud radar reflectivity and temperature using a largeairborne in situ microphysical database. J Appl Meteor Climatol,46(5):Zhao C F,Xie S C,Chen X,et al. 2014. Quantifying uncertainties of cloudmicrophysical property retrievals with a perturbation method. J GeophysRes:Atmos,119(9):5375-5385欢迎订阅2021年度《气象学报》《气象学报》中文版创刊于1925年,是由中国气象局主管,中国气象学会主办的全国性大气科学学术期刊,主要刊载有关大气科学及其交叉科学研究的具有创新性的论文;国内外大气科学发展动态的综合评述;新观点、新理论、新技术、新方法的介绍;研究工作简报及重要学术活动报道;优秀大气科学专著的评介以及有关本刊论文的学术讨论等。《气象学报》中文版2003年和2005年连续两次荣获中华人民共和国新闻出版总署颁发的第二届、第三届“国家期刊奖百种重点学术期刊”奖;2013年获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”;2013、2015、2017年入选国家新闻出版广电总局“百强报刊”;2007-2011年和2015-2017年获得中国科学技术协会精品科技期刊工程项目的资助,2008、2011、2014、2017年被评为“中国精品科技期刊”;2003-2007、2009、2016年被中国科学技术信息研究所评为“百种中国杰出学术期刊”;2012、2013、2014、2015年获评“中国最具国际影响力学术期刊”;2016、2017、2018、2019、2020 年获评“中国国际影响力优秀学术期刊”。《气象学报》为大气科学研究提供了学术交流平台,一直致力于推动中国大气科学基础研究和理论研究的发展,服务于中国气象现代化建设事业。作者和读者对象主要为从事气象、海洋、地理、环境、地球物理、天文、空间及生态等学科的科研人员、高校师生。《气象学报》中文版为双月刊, 国内外公开发行。2021年全年共6期,定价240元/年。邮发代号:2-368(国内) BM329(国际)通讯地址:北京市中关村南大街46号 中国气象学会《气象学报》编辑部邮政编码:100081联系电话:010-68406942,68408571(传真)邮箱:cmsqxxb@263.net, qxxb@cms1924.org期刊主页:http://www.cmsjournal.net/qxxb_cn开户银行:北京建行白石桥支行户名:中国气象学会帐号:11001028600059261046
通过等体积浸渍法制备了单金属Pd/γ-Al2O3催化剂和双金属Pd-Ce/γ-Al2O3催化剂,考察掺杂CeO2对Pd/γ-Al2O3催化剂催化氧化甲苯性能的影响.并通过N2吸脱附、SEM、H2-TPR表征催化剂比表面积、表面形貌及氧化还原性能.结果发现,CeO2的掺杂一定程度上降低了Pd/γ-Al2O3催化剂的比表面积,但增加了10nm孔径的孔密度,且催化剂仍保持介孔结构,当添加4%CeO2时(质量分数,下同),催化剂比表面积降至165m2/g,孔道存在一定程度的堵塞,阻碍污染物和反应产物的扩散,降低催化剂催化性能.H2-TPR结果表明,Pd和Ce之间存在较强的协同作用,与PdO相邻的CeO2更容易打开Ce-O键,相较于单金属0.2%Pd/γ-Al2O3,掺杂了0.3%CeO2的催化剂具有更强的还原峰,表明CeO2的引入为催化剂提供了更多的表面氧空位,增强了催化剂的催化氧化能力,其T10和T90与单贵金属催化剂相比分别降低10和40℃.
为了解燃煤电厂烟气中挥发性有机物(VOCs)的分布及排放情况,在廊坊某电厂300MW燃煤机组和50000m3/h烟气污染物控制中试平台上开展了烟气中CH4、非甲烷总烃(NMHCs)和多种典型VOCs的全流程浓度监测.测试结果发现,在50%、100%负荷条件下,燃煤机组烟气NMHCs分别为3.5、10.8mg/m3,烟气中NMHCs浓度随负荷的增加而上升;烟气中VOCs以苯、甲苯、苯甲醛等为主;经现有污染物治理设备处理后,燃煤机组烟气中80%以上的NMHCs被协同脱除,NMHCs排放量在0.5~1.1mg/m3,12种VOCs排放量均在20μg/m3以内,均远低于中国目前工业源废气VOCs排放限值要求.
为了开发一种改善填埋场覆盖层疏水透气性能的材料,该文采用硅烷偶联剂KH570为改性剂,对生物炭进行疏水改性。考察了改性时间、改性剂与改性材料比、改性温度、烘干时间、烘干温度对生物炭疏水性能的影响,并对改性后生物炭的形态和结构进行表征。结果表明,疏水性生物炭的最佳工艺条件为:改性剂与改性材料比为11∶1,改性温度30℃,改性时间12h,烘干温度为50℃,烘干时间为4h。扫描电镜和红外光谱分析表明KH570中的疏水性基团有效地结合到生物炭表面,达到了疏水改性的目的。
大气降水的水汽来源主要是海洋ꎬ而借助降水稳定同位素空间分布格局可以反演水汽输送路径ꎬ进而示踪水汽来源ꎮ利用全球降水同位素监测网数据ꎬ基于GIS平台完成了中国大陆夏季大气降水δD、δ18O和过量氘空间格局表征ꎮ中国大陆夏季氢氧稳定同位素空间分布存在着地域分异ꎬ其成因与不同水汽源及诸多环境效应密切相关ꎮ非季风区内的西北内陆高值中心与欧亚大陆自蒸发及经由西风带输送的大西洋水汽相关ꎬ青藏高原高值则是由高程效应所造成ꎮ季风区内大气降水稳定同位素总体呈现出自东南向西北递减趋势ꎬ多由纬度效应、大陆效应共同作用而形成ꎻ我国西南地区氢氧稳定同位素明显低于同纬度东南地区的ꎬ西南地区地形复杂和气流暖湿造成的雨量效应应该是主因ꎮ过量氘空间格局则与中国大陆三大气候带分界线基本吻合ꎬ区分了西北内陆低值区、青藏高原高值区及东部的自西南向东北递减趋势显著区ꎮ依据季风区内大气降水过量氘空间分布特征ꎬ大体推断出中国大陆西南夏季风与东南夏季风的区域影响分界可能在“长沙-西安”一线附近ꎮ
针对丸分别受横风和纵风影响时的弹道侧偏及射程修正剧烈轨迹产生顺风向侧偏的射程修正量呈现出近似等差数列的变化规律间的关系表达式,在实际作业时,可粗略地利用该数学表达式快速估算任意风速下的弹道修正量
无摘要