影响北京地区沙尘天气的源地和传输路径分析

利用1980—2005年的地面气象观测资料和沙尘天气过程的卫星遥感资料,逐次分析了影响北京地区沙尘天气过程的演变规律.借助地理信息系统,确定影响北京地区沙尘暴过程的源地和移动路径.结果表明:北京地区沙尘暴主要发生在春季和初夏, 4月最多;从历年统计资料看,北京地区沙尘次数总体呈逐渐减少趋势,但20世纪90年代后期,浮尘日数有所增加.根据沙尘源地的起沙情况,将沙尘源地划分为初始源地和加强源地.境外初始沙尘源地位于蒙古国中部和东南部地区,境内位于中国与蒙古国边界;境内加强源地位于我国内蒙古中西部的沙漠、戈壁和沙化草原地区,以及甘肃河西走廊和农牧交错带大面积的开垦地.影响北京地区沙尘天气的传输路径主要包括北路、西路和西北路,其中以西北路和偏北路为主.      

影响北京沙尘源地的气候特征与北京沙尘天气分析

分析并找出了影响北京沙尘暴天气的源地,该源地主要位于北京北部的浑善达克沙地的西北部边缘,内蒙古中西部、河套以西地区的沙漠、荒漠化地区以及干旱、半干旱地区广大的农业开垦区,指出影响北京的沙尘传输路径有3条,即西路、北路和西北路.对源地的气候特征做进一步分析表明,源地的气候特征为温暖干旱、降水不足,这些因素加速了沙尘天气的发生.同时将源地春季降水和北京沙尘天气相比较,发现北路和西北路源地春季降水和北京沙尘暴天气有较好的负相关,西路源地春季降水和北京浮尘天气有较好的负相关.      

北非沙尘天气时空分布特征及其远程传输路径

通过对北非地面300个气象站20a沙尘暴、浮尘、风场及冬夏季气溶胶指数（AI）的时空分布分析,探讨了其远程传输路径,结果表明：1）北非在阿尔及利亚、毛里塔尼亚、尼日尔和乍得中部、埃及东部、苏丹北部、博德莱洼地存在6个主要沙源区,3月沙尘暴范围和强度最大,8~11月最小.从11月起逐渐在萨赫勒地区形成了一条浮尘带,其强度和范围在3月最大,其后逐渐收缩并在6~10月分裂成3~4个小带.2）受冬春季地面高压影响,萨赫勒浮尘带由其北部发生的沙尘暴远距离传输而来.4~8月,来自赤道的南风北抬并与来自大西洋的西北风在萨赫勒中西部交汇,形成静风区并导致浮尘带收缩、断裂.3）北非存在2条沙尘主传输路径,其中Ⅰ起自阿尔及利亚,向东到地中海、埃及和苏丹,然后转向萨赫勒,从东向西传到大西洋;Ⅱ起自阿尔及利亚,向南传输到毛里塔尼亚,向西传到大西洋;同时在主传输路径Ⅰ上还出现了4个分支路径.     

亚洲大陆2000～2002年春季大气沙尘时空特征的数值模拟

将矿物沙尘释放与沉降模式和全球大气化学传输模式相耦合,建立了一个能够完整描述沙尘的扬起、输送和沉降动态过程的模式系统,并利用实时气象资料强迫该模式,对2000、2001和2002年春季(3～5月)亚洲大气沙尘时空特征进行了数值模拟研究.结果表明,模拟的3年春季平均大气柱沙尘浓度分布与地面观测的3年春季平均沙尘暴频率分布范围基本吻合,模拟的沙尘气溶胶光学厚度与卫星观测的气溶胶指数具有显著的相关性,验证了该模式对亚洲沙尘的扬起、传输和沉降过程及大气沙尘载荷时空特征有较好的模拟能力,并基于模拟的沙尘释放通量与沙尘气溶胶光学厚度的相关分析,探讨了亚洲沙尘可能的传输路径.     

银川市2次强沙尘天气气溶胶浓度及传输特征

通过分析银川市2次强沙尘天气过程发展、气溶胶质量浓度变化以及后向轨迹特征,研究沙尘来源和清除效率。结果表明:气溶胶粒径越大、浓度变幅越大;污染物的清除过程中,粒径越大,清除效率越高。冷空气路径不同,风向不同,沙源也不同,有外源输入的沙尘天气过程,即使风速不是很大,也可造成比较强烈的气溶胶浓度的增加;而当地起沙,气溶胶浓度的增加和风速的增大有更好的对应关系。沙尘天气能造成严重的颗粒物空气污染,但合适的风速又有利于气溶胶粒子的扩散,可以起到清除作用。     

长治市沙尘天气污染特征及传输路径解析

以2018年3次沙尘天气为研究对象,分析了PM_2.5和PM₁₀浓度、水溶性离子组分、气象条件和气溶胶光学特征,研究了长治市沙尘天气的典型污染特征和传输路径.结果表明：长治市2018年共8d为受沙尘天气影响日,其中4月份最多（5d）,这与春季大气环流调整,冷暖空气活动频繁有关.沙尘污染发生前一般受西方或西北方冷空气影响,大气层结不稳定,大气环流转为经向环流,平均风速达4m/s以上;沙尘污染过程中PM_2.5/PM₁₀均低于0.3,环境空气中粗颗粒物占比较大,水溶性离子总浓度在PM_2.5中占比下降,Ca²⁺浓度为沙尘污染发生前的4倍以上.冬季沙尘为近地面扩散传输,春夏季沙尘为高空沉降传输,影响范围大,区域传输贡献明显.长治市沙尘重要潜在源区为蒙古国、哈萨克斯坦中部和新疆中北部的荒漠地区,传输路径主要为西北路径和正北路径,其中西北路径为哈萨克斯坦—新疆中北部—内蒙古西部—长治以及新疆中北部—内蒙古西部—长治两条路径,正北路径为蒙古国—内蒙古中部—山西北部—长治.     

长治市沙尘天气污染特征及传输路径解析

以2018年3次沙尘天气为研究对象,分析了PM_2.5和PM₁₀浓度、水溶性离子组分、气象条件和气溶胶光学特征,研究了长治市沙尘天气的典型污染特征和传输路径.结果表明：长治市2018年共8d为受沙尘天气影响日,其中4月份最多（5d）,这与春季大气环流调整,冷暖空气活动频繁有关.沙尘污染发生前一般受西方或西北方冷空气影响,大气层结不稳定,大气环流转为经向环流,平均风速达4m/s以上;沙尘污染过程中PM_2.5/PM₁₀均低于0.3,环境空气中粗颗粒物占比较大,水溶性离子总浓度在PM_2.5中占比下降,Ca²⁺浓度为沙尘污染发生前的4倍以上.冬季沙尘为近地面扩散传输,春夏季沙尘为高空沉降传输,影响范围大,区域传输贡献明显.长治市沙尘重要潜在源区为蒙古国、哈萨克斯坦中部和新疆中北部的荒漠地区,传输路径主要为西北路径和正北路径,其中西北路径为哈萨克斯坦—新疆中北部—内蒙古西部—长治以及新疆中北部—内蒙古西部—长治两条路径,正北路径为蒙古国—内蒙古中部—山西北部—长治.     

石家庄一次沙尘气溶胶污染过程及光学特性

为掌握沙尘气溶胶远距离输送特征及其规律,对2015年4月15日影响石家庄空气质量的沙尘天气背景、污染特征进行了分析,利用HYSPLIT-4模式分析了沙尘气溶胶的后向轨迹,并利用微脉冲激光雷达和太阳光度计CE318监测资料分析了沙尘气溶胶的垂直分布和光学特性演变,与大风无沙尘沉降另一过程进行了对比,探讨了沙尘沉降对消光系数的影响,估算了沙尘沉降对地面PM₁₀浓度的贡献.结果表明:来自蒙古国的沙尘气溶胶以西北路径远距离输送沉降是导致石家庄PM₁₀浓度骤升的主要因素;沙尘沉降对消光系数和地面PM₁₀浓度具有重要贡献;气溶胶快速沉降时间与冷锋过境、冷空气下沉相一致;微脉冲激光雷达监测到整个沙尘气溶胶输送沉降过程,沉降之前沙尘气溶胶主要分布在1500~3000m高空,气溶胶消光系数随高度上升而增大,输送飘浮空中到沉降持续时间较长,为沙尘污染预警提供了"强信号"特征;气溶胶光学厚度随沙尘到达明显上升,浑浊度较高,粒径偏大,地面能见度随气溶胶光学厚度呈幂指数递减.     

青藏高原及周边区域沙尘气溶胶三维分布和传输特征

利用MERRA-2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980—2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征.对比了MERRA-2与AERONET及MISR的气溶胶光学厚度（AOD）产品,其相关系数分别为0.809和0.776.基于MERRA-2资料分析表明,研究区域沙尘光学厚度（DAOD）按春、夏、秋、冬季依次递减.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区DAOD均在5月达最高值.青藏高原北部DAOD比南部高0.06~0.10,两地区的DAOD值差异在5月最高.自2000年开始,塔克拉玛干沙漠和印度恒河平原DAOD高值区强度和影响范围显著增大,对青藏高原的沙尘输送增强,印度沙尘对青藏高原的影响显著增加.CALIPSO观测表明,青藏高原上空的沙尘主要来自塔克拉玛干沙漠,传输量春季最大,秋、冬季最小;部分来自印度恒河平原,传输主要发生在夏、秋季.塔克拉玛干沙尘通过柴达木盆地向青藏高原传输,最远可至30°N,传输高度在4~8 km.冬季青藏高原上空的沙尘主要来自柴达木盆地.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的最大气溶胶消光系数廓线分别出现在春季和夏季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘层厚度多年平均值分别为1.00和0.82 km.2007—2017年,塔克拉玛干沙尘层厚度呈下降趋势,年下降率为0.018 km.青藏高原沙尘层厚度春季最大,冬季次之,夏季最小;沙尘层厚度年变化趋势不显著.     

春季沙尘过程北京市不同粒径大气气溶胶污染特征及来源分析

为了解沙尘气溶胶在大气中的物理、化学特性演变,于2017年5月北京沙尘暴发期间,对北京大气中不同粒径颗粒物的质量浓度进行了连续观测,并用离子色谱仪和水溶性有机碳分析仪对其中的主要水溶性化学组分进行了检测.结果表明,沙尘期间TSP及其中的水溶性有机碳(WSOC)、元素碳(EC)、有机碳(OC)和水溶性无机离子的平均质量浓度分别为(2237.59±681.49)、(29.90±18.05)、(1.46±3.05)、(67.35±29.07)和(136.75±46.38)μg·m~(-3),除EC变化不大外,其他成分沙尘期浓度远高于非沙尘期,其中Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、WSOC的浓度分别为沙尘前的11.55、3.00、14.88、14.89、9.40、4.60、2.40、3.91、1.83倍,浓度增长最为明显的是地壳元素离子,变化最小的为NH_4~+和NO_3~-;粒径分析表明,地壳元素离子在整个采样期间均在粗粒径段(4.7~5.8μm)表现出最大浓度;沙尘期间SO_4~(2-)及NO_3~-均以粗模态为主,沙尘结束后SO_4~(2-)在0.43~0.65μm粒径段出现峰值,而NO_3~-依然是在4.7~5.8μm粒径段出现峰值,表明大部分NO_3~-主要以非均相反应存在于粗粒径段中.沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素离子表现显著的正相关关系,与NH_4~+没有表现出相关性,表明沙尘期SO_4~(2-)主要来自于沙尘携带的一次来源,非沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素没有明显的相关性,而与NH_4~+之间相关系数r=0.70,表明其为非均相二次转化形成.NO_3~-与地壳元素离子和NH_4~+的相关性分析表明其在沙尘期既有一次来源,也有二次转化,而在非沙尘期主要来源于二次转化过程.     

基于轨迹模型的和田绿洲沙尘移动轨迹及气象特征分析

以塔克拉玛干沙漠南缘的和田绿洲为研究区域,使用HYSPLIT后向轨迹模型和NCEP的GDAS全球气象要素数据,将和田绿洲西北部的墨玉县城作为模拟受点(79.72°E,37.26°N),对2004—2018年墨玉县发生的2 891次沙尘天气进行36 h的后向轨迹模拟,并通过k-means聚类分析法,定量分析沙尘天气期间气流的传输路径及气象特征。结果表明：2004—2018年,研究区沙尘天气的发生频率变化幅度不大,没有明显的增减趋势;年内沙尘天气主要集中在春季和夏季（3—7月）,占全年沙尘天气总数的70.23%,5、6月是强沙尘暴最活跃期。在沙尘天气期间气流的移动高度和轨迹相差较大,按照气流的起源地和到达墨玉县的方向将沙尘暴分为NW-W簇、N-N簇、NE-E簇和E-ES簇4簇轨迹类型,其发生天数占比分别为18.9%、12.3%、60.1%和7.8%。由东向西的沙尘天气发生天数占比最高（60.1%）,但主要以浮尘天气为主;由西北向东南方向的沙尘发生频率不高,但移动速度最快,强沙尘暴和扬沙主要来自西北和西部方向;由北向南的沙尘暴速度最慢（1.36 m/s）,空气湿度最低（26.4%）,但气温最高（292.58 K）。定量印证了墨玉县沙尘暴不同传输路径,可为绿洲区沙尘暴研究提供参考。

     

2015~2019年日照市PM2.5长期变化特征及其潜在源区分析

利用2015~2019年山东省日照市PM_2.5质量浓度和气象要素的小时数据,对日照市PM_2.5季节污染特征和日照市海陆风特征进行了分析,并基于HYSPLIT模式计算了5年逐日02：00、08：00、14：00和20：00（BTC）的48h后向轨迹,不仅通过轨迹聚类分析和潜在源区分析探讨了日照市不同季节PM_2.5主要传输路径和其轨迹污染特征及其潜在源区分布和贡献,也分析了海陆风对日照市污染物的影响.结果表明：日照市PM_2.5呈现冬季最高、夏季最低的分布特征,监测站点颗粒物浓度在偏西北风影响下较高.日照市不同季节主要输送路径存在差异：春季主要受到偏东和偏北方向气流影响;夏季在副热带高压影响下主要受到来自海上的较为清洁的偏东气流影响;秋季主要受到西北和偏东气流影响;冬季主要受西北和偏北气流影响.整体而言,不同季节受偏西至偏南气流影响时,日照市对应的PM_2.5浓度较高.日照市海陆风春秋季多,夏冬季少;在海陆风影响下,日照市PM_2.5污染和臭氧污染呈现不同的分布特征,且在不同PM_2.5污染等级下,PM_2.5浓度日变化特征也与其在非海陆风日的日变化有所差异.污染潜在源区分析结果表明,日照市最主要的潜在源区位于山东省临沂市、潍坊市、青岛市和江苏省连云港市.     

全球主要沙源区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

利用TOMS AI气溶胶指数和天文辐射资料对全球主要沙漠区沙尘气溶胶含量与太阳辐射的关系进行验证.结果表明,无论是北半球的沙漠还是南半球的沙漠,其沙尘气溶胶指数和太阳辐射都有非常高的相关性.事实和理论均表明太阳辐射是影响沙漠地区沙尘气溶胶含量主要的因子之一.     

长株潭城市群气溶胶时空分布与传输规律

为研究长株潭城市群大气污染时空演化特征及潜在传输规律,采用2008~2016年中分辨率成像光谱仪（MODIS）MAIAC气溶胶光学厚度（AOD）数据,分析长株潭城市群近10a来AOD演化特征.在此基础上,利用拉格朗日混合型单粒子轨迹模式（HYSPLIT）及全球资料同化系统（GDAS）气象要素数据研究大气污染物潜在传输规律.结果表明,长株潭城市群AOD呈现下降趋势,并以春、夏季下降幅度最为显著.空间上,AOD总体呈北高南低、西高东低分布特征,并与经济发展、城市化水平等因素密切相关.此外,长株潭城市群大气污染物向外长距离传输（>1500km）、中距离传输（500~1500km）以及局地传输（0~500km）比率分别为17.89%、36.45%和45.66%,主要影响湖北、江西、安徽、广东、广西、江苏和浙江等地区.研究结果有助于理解长株潭城市群大气污染的时空变化规律,同时为区域“联防联控”、建设“美丽中国”提供科学的辅助依据.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度的观测研究

对塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区进行了长达6a的试验观测研究,获得了该地区沙尘气溶胶的基本特征:塔中地区浮尘、扬沙出现日数呈上升趋势,而沙尘暴日数呈下降趋势,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶浓度的主要因素.可吸入颗粒物(PM10)月平均质量浓度峰值区分布在春夏两个季节,3~5月是主峰值区域,7~8月是次峰值区,春季PM10平均浓度在1000mg/m3左右变化,夏季在400~900mg/m3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400mg/m3之间变化.每年的3~9月是总悬浮颗粒物(TSP)质量浓度较高的月份,4~5月是主峰值区,7~8月为次峰值区;2005年TSP质量浓度最低,年平均值为1105.0mg/m3,2009年略高于2008年,年平均浓度为1878.0 mg/m3,2008年5月TSP平均质量浓度是全年最高值,浓度值达到7415.0mg/m3.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.     

COVID-19疫情期间成都市地面臭氧污染特征及气象成因分析

受COVID-19疫情影响,我国各地采取了一系列封锁管控措施,由此导致大气污染物排放强度降低.本文以成都市为例,分析了2020年上半年的气象条件和大气污染浓度特征,并重点对臭氧浓度变化及同期对比结果进行了细致分析.结果表明：①与2019年同期相比,除O₃外的5种污染物（NO₂、CO、SO₂、PM₁₀、PM_2.5）浓度均降低,降幅分别为13.60%、8.96%、6.30%、4.56%、1.80%,而O₃浓度却异常升高,升幅最大值分别出现在2月（35.1%）和5月（36.1%）.②2020年上半年,O₃浓度高值出现时间较2015—2019年提前,气象条件较有利于臭氧的生成.100 hPa和500 hPa位势高度为正距平,气温、日照时数较往年升高,相对湿度和降水量下降,以静小风为主.③2020年4月25日—5月6日臭氧污染持续时间长,主要是由于复工复产导致臭氧前体物排放增加,以及稳定的天气形势,使成都长时间处于高温（>30℃）、低湿（40%~60%）、静小风（1.3 m·s^-1）等不利扩散的气象条件下.气团后向轨迹和污染潜在源区表明研究区受到来自成都偏东一带及川南地区高污染气团短距离输送的影响.     

2014~2017年北京城区霾污染态势及潜在来源

统计分析2014~2017年北京城区霾污染发生情况,利用HYSPLIT模式对4年内气流来向进行聚类计算,识别区域内的主要污染传输通道和潜在污染源区分布及变化.结果显示,研究期间北京市城区空气质量状况整体呈改善趋势,灰霾时发生率从2014年的50.6%降至2017年33.7%,灰霾日数由165d降至78d,每年10月到次年采暖结束的3月灰霾发生较为集中.不同强度霾发生频率逐年下降,秋、冬季灰霾发生频率及污染强度均逐步降低.冀东南平原区、太行山东麓以及燕山南麓沿线为京津冀地区的3条主要污染传输通道,传输高度均在近地1000m内,期间通道轨迹对应北京城区PM_2.5平均达124.1μg/m³,其出现频率在2014~2017年逐年减小,并且各年当中同类轨迹所对应的北京PM_2.5均呈逐年下降趋势.北京城区PM_2.5的主要潜在源区从华北平原和渤海天津港区域逐渐缩小至冀中南和鲁西北地区,且传输通道区域污染贡献率逐年降低,有利的天气形势和人为的区域减排是近年空气质量改善的2大主因.     

Long range trans-Pacific transport and deposition of Asian dust aerosols

The deposition of Asian dust aerosols during their trails-Pacific Uansport might cause significant marine phytoplankton biomass increases.However,the knowledge of the trans-Pacific dust transport,deposition,and spatial distribution is still poor due to a lack of continuous and simultaneous observations in the Asian subcontinent,the north Pacific Ocean,and North America.The severe Asian dust storm during 6 to 9 April 2001 provided an opportunity to gain a better understanding of trans-Pacific dust transport and deposition,using a comprehensive set of observations from satellites,ground-based light detection and ranging,aircraft,and surface observation networks.The observations and model simulations outline the general pattern of dust transport,deposition,vertical profile,and spatial distribution.The following points were observed(1)the surface dust concentrations decreased exponentially with the increasing dust transport distance from 80°E to 120°W along the transport pathway;(2)the altitude of the dust concentration peak increased with increasing transport distance in the north Pacific region;and (3) the spatial distribution of dust deposition mainly depended on the trans-Pacific transport route.     

一次强沙尘输送过程中气溶胶垂直分布特征研究

采用CALIPSO卫星的星载激光雷达资料,分析了2007年3月28日~4月2日由西向东途经新疆、青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河北、北京、山东、江苏、上海、台湾等省、市、自治区的一次远程强沙尘污染传输过程,对后向散射系数、退偏比、色比等光学特性参数进行了研究.结果表明,这次过程中,较大的沙尘颗粒大多出现在近地面附近,而相对小的沙尘颗粒在对流层中高层垂直剖面上分布比较均匀.CALIPSO卫星资料能够较好地反映强沙尘远程传输过程中沙尘气溶胶光学特性的垂直分布特征及其粒子大小、不规则性随高度的变化特征.