塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过程大气颗粒物浓度及影响因素分析

利用Grimm1.108、Thermo RP 1400a、TSP以及CAWS-600等仪器,对2008年4月17日至23日发生在塔克拉玛干沙漠腹地的1次强沙尘暴过程的颗粒物质量浓度进行连续观测,结合天气资料分析得出:①Grimm1.108颗粒物分析仪监测结果表明,日平均浓度出现两个峰值区,主峰值出现在20日,次峰值出现在18日,而小时平均浓度高值区主要集中4月19日至20日,21日中午存在1个峰值区,其他时段浓度相对较低。②强沙尘暴发生时的分钟观测数据表明,随着风速的逐渐增强,沙尘暴强度逐渐增强,不同粒径颗粒物浓度达到最大值,>0.23 μm颗粒物总浓度为39 496.5 μg·m-3,>20.0 μm颗粒物总浓度为5 390.7 μg·m-3,随后浓度逐渐下降。③PM10和TSP的浓度变化同样反映沙尘天气的过程和强度,沙尘暴前期大气中颗粒物浓度远低于强沙尘暴期间,随沙尘天气减弱,颗粒物浓度明显下降。④沙尘天气过程中大气颗粒物浓度变化具有以下规律：晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。风速大小直接影响大气中颗粒物浓度,风速越大颗粒物浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中颗粒物浓度的变化。     

塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区PM10时空变化特征及影响因素分析

利用Thermo RP 1400a对塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边的哈密与和田进行了长达6 a多的沙尘气溶胶PM10连续观测,结合气象资料,分析了该区域沙尘气溶胶PM10的基本特征及影响因素。其结果是:①在哈密、塔中与和田,浮尘、扬沙日数呈上升趋势,沙尘暴日数变化不明显,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶PM10浓度的主要因素。②PM10质量浓度具有明显的区域分布特征,塔克拉玛干沙漠东缘的哈密最低,其次为沙漠南缘的和田,最高的为沙漠腹地的塔中。③每年3—9月是哈密PM10质量浓度的高值时段;塔中与和田PM10质量浓度高值时段分布在3—8月,平均浓度分别在500~1 000 μg·m-3之间变化。④哈密、塔中与和田PM10季节平均浓度变化特征,春季>夏季>秋季>冬季;PM10平均浓度最高的塔中,春季在1 000 μg·m-3左右变化,夏季在400~900 μg·m-3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400 μg·m-3之间变化。⑤哈密、塔中与和田沙尘暴季节PM10浓度远高于非沙尘暴季节,沙尘暴季节浓度基本上为非沙尘暴季节浓度的两倍以上;塔中2004年和2008年沙尘暴季节平均浓度分别是非沙尘暴季节的6.2倍和3.6倍。⑥沙尘天气过程中PM10质量浓度变化具有以下规律,晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。⑦风速大小直接影响大气中PM10浓度,风速越大浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中PM10浓度的变化。     

新疆和田绿洲大气降尘和PM_(10)浓度变化特征分析

通过分析2000-2012年新疆和田绿洲环境监测记录和气象观测数据,研究该地区大气降尘强度和可吸入颗粒物浓度的变化特点,阐明其主要影响因素。结果显示:2000年以来大气降尘强度在1 300~1 500 t·km-2·a-1水平上下波动变化,春、夏两季受沙尘天气影响导致高降尘量,月平均强度均150 t·km-2;环境PM10年平均浓度在0.2~0.25 mg·mg-3之间变化,有逐渐上升的趋势,沙尘暴期间颗粒物浓度快速上升,PM10浓度极值可达到2.52 mg·m-3;超过91%的空气污染日数是由大气颗粒物造成的。因此,颗粒物是和田绿洲区的首要空气污染物。降水量波动变化剧烈,年平均值50 mm·a-1,尽管和田绿洲春、夏两季降水量增加,但降水对抑制大气颗粒物污染的湿清除作用极为有限。春、夏两季大风日数占全年大风天气总日数的84.7%以上,风蚀沙土在西北风作用下传输到绿洲区,来自塔克拉玛干沙漠的风蚀沙尘颗粒物是和田地区大气降尘和颗粒污染物的主要来源。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度垂直分布特征

 利用Grimm 1.108、Thermo RP 1 400 a以及TSP等仪器于2009年1月至2010年2月对塔克拉玛干沙漠腹地塔中不同高度沙尘气溶胶质量浓度进行连续观测,结合天气资料进行分析。结果表明:①80 m高度PM10质量浓度最高,80 m高度PM2.5和PM1.0质量浓度明显低于4 m高度PM10,80 m高度PM1.0质量浓度最低。频繁的沙尘天气是影响不同粒径的沙尘气溶胶浓度含量的主要因素。②夜间至日出,PM质量浓度逐渐降低,最低基本上出现在08:00,随后质量浓度逐渐增大,18:00前后浓度达到最高值,然后又逐步降低。其规律与风速的昼夜变化完全一致。③TSP月平均质量浓度高值主要集中在3—9月,其中4月和5月浓度最高,随后逐渐减低。3—9月也是PM月平均质量浓度的高值区域,4 m高度PM10月平均质量浓度最高发生在5月,其浓度为846.0 μg·m-3。80 m高度PM10浓度远高于PM2.5和PM1.0浓度,PM2.5和PM1.0浓度相差较小。风沙天气对大气中的不同粒径粒子的浓度含量影响较大,风沙天气越多,粗颗粒含量越高,反之则细颗粒越多。④沙尘天气过程中不同粒径沙尘气溶胶质量浓度变化具有晴天<浮尘天气<扬沙天气<沙尘暴天气的规律。各种沙尘天气中,PM10/TSP表现为晴好天气高于浮尘天气,浮尘天气远高于扬沙和沙尘暴天气。⑤沙尘天气过程中,沙尘气溶胶浓度随着粒径的减小,浓度逐渐降低。不同高度、不同粒径的沙尘气溶胶质量浓度每隔3~4 d形成一个峰值区,与每隔3~4 d出现沙尘天气强度增强过程直接相关。     

额济纳地区沙尘气溶胶质量浓度特征初步分析

为更好地理解亚洲沙尘源区气溶胶特征,在巴丹吉林沙漠边缘额济纳地区进行了野外观测。通过对沙尘源区之一的额济纳地区沙尘气溶胶的长期临测,获得了其区域代表性沙尘气溶胶理化特征。其TSP年变化以5月最大,9月最小,这与气象条件密切相关。针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件（背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴）下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径的分布特征也明显不同。总体上讲,额济纳地区清洁大气中沙尘气溶胶浓度量级为10^2μg／m^3,而浮尘,扬沙及沙尘暴期间沙尘气溶胶质量浓度量级为10^2μg/m^3,超强沙尘暴沙尘质量浓度可达量级为10^4μg／m^4,在不同风向影响下,气溶胶粒径分布呈现不同特征;与沙坡头、敦煌地区相比,具有其独特的区域特性。     

沙尘天气等对西安市空气污染影响的研究

通过对西安市1981—2000年TSP、SO2和NOx年平均浓度资料,1998—2000年周报和日报环境监测资料以及相应的地面、高空常规气象观测资料的统计分析,研究了该市空气污染的时间变化特点以及沙尘天气等几种气象条件对其浓度变化的影响。结果表明:(1)颗粒污染物(TSP和PM10)是西安市的首要污染物,其次是SO2。1981—2000年期间,TSP年平均浓度降低了75%,SO2年平均浓度降低了77%,NOx年平均浓度总体上变化不大;这三种污染物月平均浓度的年变化都呈单周期型,冬季1月份最高,夏季最低(TSP是7月份最低,SO2和NOx是8月份最低)。(2)2001年春季3～4月份沙尘天气的频繁发生,使西安市空气污染日出现全年的第二个多发期(23d·月-1),这有别于正常年份仅在冬季1月份出现一个浓度峰值的特点;强沙尘暴天气过程会使西安市PM10浓度在非常短的时间内提高3倍左右,造成严重的颗粒物污染。(3)西安市冬半年出现轻度污染以上级别的几率明显大于夏半年。影响西安市的地面天气系统可归纳为12类,当受不同天气系统控制时,其污染状况会有较大差异。(4)西安市一年四季都有逆温存在,100m平均逆温强度为0.90℃;全年以低层逆温出现日数最多,但冬季贴地逆温出现日数最多,厚度最厚,强度最大,是造成西安市冬季空气污染严重的最重要气象因素之一。(5)西安     

沙坡头地区沙尘气溶胶质量浓度的试验观测研究

中国北方沙尘气溶胶的理化特征及其气候效应受到了广泛关注,但现有的研究大都是基于较短时段和典型事件的试验观测。本项研究利用大流量采样器和安德森采样器,对沙坡头地区沙尘气溶胶的质量浓度特征进行了长达3a的监测,获得了该地区沙尘气溶胶的年变化特征,并与背景气象资料和降尘观测结果进行了对比分析;针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件(背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴)下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径分布特征也明显不同;两种采样器观测结果的对比分析也表明,局地沙尘释放是沙坡头地区大气气溶胶的主要来源,但在沙尘暴过程中,远源沙尘输送的贡献也不容忽略。     

沙尘事件对兰州河谷大气环境PM10的影响

利用1999—2001年兰州河谷大气中空气污染物的监测数据,结合河西地区沙尘事件频次,分析了兰州河谷大气环境PM10含量的季节变化特征及其成因。结果表明,源于河西地区的沙尘暴对兰州市空气中PM10含量有重要影响,PM10浓度在冬春季较高,在夏季较低。1985—2001年16 a来河西走廊中东部沙尘事件年均约为37.6 d,兰州河谷年均沙尘事件约为24.4 d,两者表现出显著的相关性（R=0.67,P=0.003）。2001年兰州河谷1 h平均沙尘PM10浓度统计分析显示:PM10含量大于1.0 mg·m-3 的峰值,主要由河西地区沙尘暴过程引起,而PM10含量0.5~1.0 mg·m-3之间的峰值,主要由工业污染物SO2、NOx及颗粒物的排放引起。要长期有效地改善兰州市大气环境质量,不仅要科学地制定本地污染物的减排措施,还要考虑周围地区生态环境的建设。     

新世纪第一场沙尘暴初探

利用实时和历史常规气象观测资料与大气颗粒物污染监测资料,从沙尘暴天气实况、天气气候成因和对城市空气污染影响三方面,对世纪之交发生在我国北方的一次速度较快、强度较大的沙尘暴天气过程做了初步探讨。结果表明:①大型天气环流系统调整时的上下游效应,使乌拉尔山高压脊迅速发展东移,推动西伯利亚的一股较强冷空气南下,影响我国北方地区,加之高空急流动量的下传,是这次沙尘暴天气发生的环流背景和动能基础;②前期12月我国北方较正常年份温暖干燥,表层土质干燥疏松,沙尘源丰富,这是此次沙尘暴天气发生的物质基础;③沙尘天气的发生使我国北方城市空气污染雪上加霜,造成部分城市空气污染异常严重,大气颗粒物污染浓度增加100%~300%。     

甘肃河西沙尘暴对兰州市空气污染的影响

通过对1975-1997年甘肃河西沙尘暴发生日数和兰州市同期颗粒物污染资料进行统计分析,结果表明:两者有很好的正相关关系,其中,70年代后期和1986年前后甘肃河西沙尘暴的多发年份正好与兰州市同期TSP的高污染浓度相对应;在沙尘暴频繁发生的春季,两者的正相关性更显著(相关系数达0.706),其年际变化趋势几乎完全一致。甘肃河西4月份是全年沙尘暴发生日数最多的月份,使得兰州市在该月份的IP浓度也出现全年的次峰值,从而导致IP浓度的年变化成为双峰型(污染严重的12月份出现主峰值),这有别于SO₂等其它几种主要污染物均呈单峰型(12月份出现峰值)的年变化特征。春季河西大风沙尘暴发生期间,兰州市的TSP浓度会明显升高,此种天气过程结束后,TSP浓度迅速降低,这表明春季河西地区大风沙尘暴天气是影响兰州市区颗粒物污染浓度日变化的主要因素。总之,诸方面的分析结果均表明,甘肃河西沙尘暴对兰州市大气颗粒物污染所产生的重要影响是不可忽视的。     

激光雷达在沙尘观测中的应用——2004年春季北京和呼和浩特沙尘天气的解析

2004年春季（2003年12月至2004年5月）利用激光雷达在北京和呼和浩特对沙尘天气进行了连续观测。利用激光雷达的数据导出了沙尘和大气污染物气溶胶消光系数的关系,对两个地点的沙尘天气特征和大气污染特征进行了探讨。该期间在呼和浩特观测到较大型的沙尘事件（消光系数大于0.3·km-1）有9次,这些起源于蒙古国/内蒙古的沙尘事件晚于呼和浩特6~10 h在北京被观测到。在呼和浩特观测到的沙尘云块的高度普遍较低（由地表至高空1~2 km）,而在北京较高一般可达到2~4 km,同一沙尘事件的最高浓度（消光系数）是呼和浩特高于北京。在北京观测到的沙尘天气共有17次,其中包括数次小规模的沙尘事件在呼和浩特未观测到。从北京及呼和浩特的观测结果可以看出,北京地区3~5月沙尘的背景浓度高于呼和浩特,北京地区具有明显的区域规模大气污染特征,而呼和浩特只具有局部规模的大气污染特征。     

地面冻结状况与春季沙尘暴发生的关系

利用30年地面气象观测数据,以内蒙古锡林郭勒盟中西部地区为研究区,以土壤表面冻结终日与沙尘暴发生日数为指标,分析了地面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间的关系。研究结果表明:在研究区内,土壤表面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间呈现负的相关关系,说明土壤表面冻结终日对春季沙尘暴的发生有一定的影响,也表明了其对沙尘暴的发生有进行指示和监测的潜力;但部分地区的相关关系不显著,说明土壤表面冻结状况只是影响春季沙尘天气的一个因子,它对沙尘天气所产生的影响是有限的。     

中国北方沙尘暴现状及对策

中国北方主要包括:甘肃河西走廊及内蒙阿拉善盟;新疆塔克拉玛干沙漠周边地区;内蒙阴山北坡及浑善达克沙地毗邻地区和蒙陕宁长城沿线四个主要沙尘暴中心和源区。我国沙尘暴从20世纪50年代以来呈波动减少之势,90年代在减少中有回升,2000年和2001年更是急剧增加,预示着新一轮沙尘暴活跃期已经开始。生态环境恶化和气象条件的变化是我国北方沙尘暴增多的原因。目前人类控制天气的能力还很有限,减缓沙尘暴灾害频度与强度的关键在于搞好地面的生态保护与建设。坚持"预防为主、保护优先、防治并重"的生态保护与建设方针;建立和完善生态保护的法规和政策体系,停止导致生态环境继续恶化的一切生产活动,对于超出生态承载能力的地区可以采取一定的生态移民措施。     

内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡及环流特征分析

利用内蒙古中西部50个气象观测站1961—2000年春季沙尘暴日数资料,国家气候中心提供的北半球月平均500 hPa高度场网格尺度为10°(经度)×5°(纬度)的网格点资料、北半球500 hPa月平均环流特征量资料、东亚季风资料分析研究冬春季中高纬度大气环流的年代际尺度的演变特征及其对内蒙古中西部沙尘暴的影响,进一步揭示内蒙古中西部春季沙尘暴年代际变化的原因。结果表明：青藏高原位势高度、贝加尔湖地区位势高度、乌拉尔山地区位势高度、东亚冬季风、亚州经向环流、印缅槽、西太平洋副热带高压强度都对内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡产生不同的影响。为内蒙古中西部春季沙尘暴的短期气候预测提供年代际尺度上的基本环流背景。     

我国西北和内蒙古地区春季沙尘暴的年代际变化及原因探析

利用1961—2005年西北及内蒙古地区208个地面气象站春季沙尘暴日数的观测资料,对沙尘暴发生的年代际变化进行了分析。结果显示,20世纪60年代和70年代沙尘暴偏多,80年代沙尘暴开始减少,90年代最少,21世纪的前5 a沙尘暴呈现出先增多后减少的趋势。基于1961—2005年的NCEP资料进行了原因探析,结果表明：①在沙尘暴多发年代,我国北方大部分区域风速出现了正距平,而在沙尘暴少发的年代,风速呈现出负距平;②在沙尘暴多发的年代,我国中高纬地区出现明显的气旋性流场距平,其南侧西风增强了我国西北及内蒙古地区偏西风风速,而在沙尘暴少发的年代,则与之相反;③极锋锋区在60—70年代强度偏强,从80年代开始强度呈现出明显的减弱趋势,21世纪初期锋区强度继续减弱,但其中心位置有小幅的自北向南移动。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

积雪覆盖度对沙尘暴的影响分析

采用遥感监测内蒙古中西部地区积雪覆盖度数据以及地面气象观测站1961—2005年沙尘天气观测资料,以沙尘暴、扬沙发生日数为定量指标,分析了内蒙古中西部地区积雪覆盖度与沙尘暴、扬沙发生日数的关系。研究结果表明,在内蒙古中西部地区,积雪覆盖度与沙尘天气的发生有负相关关系,但地表积雪覆盖对沙尘暴的抑制作用要小于对扬沙的抑制作用,这种负相关关系在1—3月较11—12月更为显著。积雪覆盖度决定了积雪的影响范围,而积雪日数则决定了这种影响持续的时间,综合考虑这两种因素,构建了积雪指数用以反映积雪的这种空间和时间的共同作用。积雪指数能较好地反映积雪日数与积雪覆盖度对沙尘天气的综合作用。     

中国北部一次沙尘过程中沙尘气溶胶的时空分布及输送特性

利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,结合气溶胶模式模拟,分析了2011年4月28—30日发生的强度较大的一次沙尘远距离输送过程中气溶胶的时空分布特征及输送特性。结果表明,此次沙尘过程有两个源区,分别为中国南疆盆地和蒙古国中南部,并在沙尘输送过程中交汇于内蒙古西南部和甘肃地区;源区一（南疆盆地）沙尘主要分布高度在1 km以下,退偏振比平均在0.35左右,色比值平均在0.6左右,且沙尘在输送过程中被抬升到自由对流层,并先后影响内蒙古西南部、甘肃、宁夏等地区,输送到内蒙古、甘肃地区时沙尘主要分布在2.5～3 km高度,退偏振比主要分布在0.3～0.5,色比值主要分布在0.5～0.9。源区二（蒙古国中南部）沙尘先后影响内蒙古中西部地区、甘肃、山西北部、内蒙古中东部地区、河北北部、北京天津和东北地区西部部分地区,沙尘输送到中国内蒙古东部、北京、河北等地区时主要分布在1～4 km高度,退偏振比值主要集中在0.3～0.5,色比值主要在0.7～1.2。     

一次秋季沙尘暴的诊断和天气雷达观测分析

使用NCEP 1°×1°每天4次的再分析资料对2006年10月5日发生在甘肃、内蒙古西部、蒙古国南部沙尘暴天气的位势涡度、干侵入、局地垂直螺旋度进行了诊断分析。分析结果表明：对流层高层的高位势涡度库位势涡度柱向下、向南伸展,在等熵面陡立处,垂直涡度分量急剧增大,使锋面低压迅速发展,低空急流形成;高空干冷空气向东南下侵,蒙古国南部从西到东的大风、沙尘暴由下滑冷锋引起,持续时间长,强度强;河西走廊、内蒙古西部的大风、沙尘暴由上滑冷锋引起,持续时间短,强度相对弱。利用张掖CINRAD-CC天气雷达观测数据对导致张掖沙尘暴的β中尺度双阵风锋结构进行了初步分析,认为第二条阵风锋使风速忽然加大,阵风锋的辐合上升使沙尘扬起抬升,能见度讯速下降。     

中国北方2021年3月中旬持续性沙尘天气的特征及其成因

沙尘天气是多发于中国北方春季的灾害性天气,严重危害农业生产、交通运输、空气质量和人民的生命财产安全,长期受到社会各界的广泛关注。利用多源多尺度数据,采用天气学分析、物理量诊断、轨迹分析等方法对2021年3月中旬西北地区东部一次持续性沙尘重污染天气的成因进行了深入分析。结果表明：（1）受强烈发展的蒙古气旋影响,蒙古国南部及中国内蒙古中西部地区于3月14日首先出现强沙尘暴天气,并将沙尘传输至中国西北、华北、东北一带,西北东部的沙尘天气维持达到5 d。（2）沙尘天气维持期,西北东部中低层以弱上升运动为主,大气层结稳定,且西北东部不断有弱锋生发展,不利于沙尘的沉降;自北向南分布的银川、中卫、兰州3站的垂直螺旋度的波动与污染浓度的变化基本一致;混合层高度较其气候平均值明显偏低,不利于大气湍流发展。（3）此次影响西北东部的沙尘主要由蒙古国输入,近20年中蒙边境、蒙古国南部的植被减少可能是此次沙尘天气的沙源主要来自蒙古国南部的原因。