降尘过程指示的沙尘循环过程

 大气降尘过程受诸多因素的影响,如沙尘源区的性质、输送距离、降雨量等。利用甘肃省10个城市15 a间(1986—2000年)的降尘监测资料与气象资料,主要分析了沙漠戈壁区与黄土区降尘的差异及原因。结果表明：①西北干旱区的降尘量主要与沙尘事件频次有关;②沙漠戈壁区的大气降尘量大于黄土高原区;③降尘量在强沙尘源区,呈现出显著的高值中心。随着沙尘自西向东输送,降尘通量随输送距离的增加而减少。     

沙尘源区与沉降区粒子的理化特征

在沙尘源区,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增,浓度峰值向粗粒径范围移动;在沙尘沉降区日本,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源,形成双峰型分布,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主,在＜2.1 um细粒径范围形成一个峰值.水溶性成分也不相同,沙尘源区粒子以Ca2+、SO42-、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主,在3.3～4.7 um形成浓度峰值;沙尘沉降区以NH4+、SO42-、NO3-等工业来源离子为主,在0.65～1.01 um形成峰值.在日本即使是当浮尘时期,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度.这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分.     

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。     

沙尘源区与沉降区气溶胶粒子的理化特征

在沙尘源区 ,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源 ,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增 ,浓度峰值向粗粒径范围移动 ;在沙尘沉降区日本 ,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源 ,形成双峰型分布 ,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主 ,在 <2 .1um细粒径范围形成一个峰值。水溶性成分也不相同 ,沙尘源区粒子以Ca2 +、SO42 -、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主 ,在 3.3～ 4 .7um形成浓度峰值 ;沙尘沉降区以NH4+、SO42 -、NO3 -等工业来源离子为主 ,在 0 .6 5～ 1.0 1um形成峰值。在日本即使是当浮尘时期 ,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度。这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分     

中国北方东部地区春季降尘量及其环境意义

 中国北方东部地区2001—2002年春季降尘量分布特征的研究表明,研究区平均春季降尘量为127.05 t·km^-2,约占全年的一半,且主要集中在3、4月;春季降尘以近源沉积为主,因此降尘量的空间分布主要受局部环境的影响;除中沙外,降尘总量和降尘中其他组分的沉积量随距离均呈现指数递减趋势,且粒度越大的颗粒物,其半衰距离越短;更新世时期黄土高原平均每年流失的黄土至少已达1亿t,现在黄土高原每年实际流失的黄土大约为14.4亿t,如以此侵蚀速度持续下去,黄土高原将在6.6~13.2万a之内被侵蚀完毕。     

哈尔滨沙尘暴的化学特征及其物质源探讨

对哈尔滨2002年3月20日的沙尘沉降物进行了收集。地球化学元素分析表明,哈尔滨沙尘暴沉降物化学成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,三者之和达77.8%,比兰州沙尘暴沉积物高8.72%,比兰州黄土高7.06%。V、Rb、Nb、Ba等微量元素含量要明显高于兰州沙尘,而Ni、Cu、Pb、Zn、As、Sr则低于兰州沙尘。Ca、Na、Sr元素的富集因子明显小于1,为亏损元素;Mg、K、Si、Fe、Mn、P、Ti、Co、Ni、V等元素的富集因子都在1左右,主要是地壳来源,来源于地表土的风力起尘。Cu、Pb、Zn、Cr、Se等元素有一部分来自于地壳源之外的其他污染源;As、Cd和Sb元素的富集因子大于10,为大气污染来源。沙尘的化学组成及富集因子、判别函数、物源指数、地表土的粘粒率、化学风化指标等分析表明,西北黄土的元素组成非常接近兰州沙尘,而明显不同于哈尔滨沙尘,哈尔滨沙尘源区不同于西北黄土及兰州沙尘,其气候生物状况和化学风化程度要明显好于或高于西北沙尘源区。     

近几年沙尘天气对中国北方环保重点城市可吸入颗粒物污染的影响

 利用2000—2008年中国北方17个环保重点城市API指数资料和同期气象资料,评估沙尘天气对中国北方城市大气环境的整体影响,对比分析不同城市空气质量受春季沙尘影响的程度,并以一次强沙尘暴过程为例,探讨其影响中国北方城市空气质量的范围、程度和过程。结果表明,2000—2008年北方环保重点城市大气的首要污染物是可吸入颗粒物,污染状况严重。春季颗粒物高污染状况主要与沙尘天气有关。不同城市受沙尘影响的程度也不同,影响程度自西向东降低,其中对银川、兰州和西宁影响最大。沙尘天气容易造成严重颗粒物污染事件,颗粒物浓度变化可以清楚地反映沙尘的输送、移动及强度变化。即使在并未出现沙尘天气的地区,在上游沙尘输送作用下,颗粒物浓度也会受较大影响。     

中国西北沙尘源区与日本沉降区大气气溶胶粒子理化特征及对比

无论有无沙尘暴,低层大气气溶胶粒子浓度几乎不随高度变化。在沙尘源区,大气气溶胶粒子主要来源于地面沙尘,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增,浓度峰值向粗粒径范围移动;在沙尘沉降区日本,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源,形成双峰型分布,当非浮尘期时气溶胶粒子主要是工业排放物来源,在<2.1μm细粒径范围形成一个峰值。水溶性成分也不相同,沙尘源区粒子以Ca2+、SO2-4、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主,在3 3～4 7μm形成浓度峰值;沙尘沉降区以NH+4、NO-3等工业来源离子为主,在<2 1μm形成峰4、SO2-值。沙尘源区气溶胶粒子水不溶相都表现出K、Na元素亏损的特征,说明其气溶胶粒子是上部陆壳经过K、Na大陆化学风化的产物。     

基于SWEEP模型的天津一次典型沙尘污染事件分析

为了分析沙尘天气局地源地表风蚀起尘量与外来源传输路径,针对中国现在沙尘起尘量化的欠缺,应用一次事件的风侵蚀评估模型(SWEEP)来计算天津一次典型沙尘污染事件局地源的总损失量、蠕移+跃移量、悬移量与PM₁₀的量,结合HYSPLIT模型对天津市进行外来源空气颗粒物的轨迹模拟,并分析了空气颗粒物的输送特征。结果表明:在2013年3月9日,天津市郊区12个区县中塘沽单位地块和总起尘量都最大,主要是风速大所致。悬移量在总损失量中比例最大,为85.19%。空气颗粒物的传输路径主要有中国的内蒙古,且当沙尘严重时,不同高度运动轨迹趋于一致。     

兰州市沙尘天气污染特征及潜在源区

为了解兰州市沙尘天气期间大气污染特征,选取2016—2017年兰州市国家大气环境监测网络系统21个监测站点逐小时数据,对沙尘天气过程中的污染物特征进行分析。在此基础上,结合地面气象参数,运用HYSPLIT模型聚类计算和激光雷达观测等手段,对颗粒物来源和传输过程进行潜在源区贡献因子（PSCF）和浓度权重轨迹（CWT）分析。结果表明：兰州沙尘天气主要受西北方向、东偏北短距离传输、北部内蒙古路径3类气团影响,其中西北方向气团影响沙尘天气持续时间较长,沙尘过程中消光系数最高,环境空气质量转差显著,其他两类气团影响沙尘天气持续时间较短,有利于污染扩散;沙尘天气发生前期PM₁₀与气态污染物呈现正相关,沙尘天气过程中为负相关,沙尘天气后则再次转为正相关,沙尘天气对气态污染物浓度有降低效果;春季兰州地区颗粒物潜在区分布相对集中,主要来自于兰州西北部河西走廊,PSCF值大于0.7;冬季颗粒物潜在源区分布范围较广,PSCF值集中在0.7~0.9,其中对PM₁₀较大贡献区集中在新疆东南部,贡献值240~320 μg·m^-3。     

柴达木盆地表土与大气降尘粒度Weibull组成及其环境意义

柴达木盆地北部现代地表不同沉积环境沉积物粒度分析结果显示,多数盆地地表沉积物质呈Weibull三峰分布,具有超细粒、细粒、粗粒3个组分,个别样品包含沙粒组分,绝大多数的样品匮乏细粒-超细粒组分,以高含量分选性较好的粗粒组分和低含量分选性差的细粒-超细粒组分为总体特征。现代沙尘暴天气降尘粒度分布模式较为单一,以高含量窄峰态的粗粒组分为显著特征。依据含量最高主峰所在Weibull粒度组分,本研究将全部粒度分布分为3种类型:以高含量细粒组分主导的F型、以高含量粗粒组分主导的C型和以高含量沙粒组分主导的S型。比较沙尘暴降尘、季节降尘和年降尘粒度分布模式的结果表明,研究区全年和季节大气降尘主要由沙尘暴天气降尘贡献,在细粒和超细粒组分上,同时混合有尘暴释放和正常天气条件下大气本底粉尘沉降两种来源的风尘成分。分析冬季研究区湖泊（苏干湖）冰层粉尘粒度分布模式发现,细粒组分含量显著偏高,可达70.6%,明显有别于其他沉积环境粒度组成,对比年降尘细粒-超细粒组分成因我们初步认为,细粒组分可用于指示冬季风盛行季节近地面大范围风场搬运风尘物质的状况。     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

柴达木盆地北部风速对尘暴事件降尘的影响

通过系统监测柴达木盆地北部冷湖地区的月降尘通量以及尘暴事件降尘量,发现该地区月降尘通量变化在0.57×103～18.12×103 μg·cm–2·month–1之间,并且与月极大风速（Vextr）具有较好的正相关性（r2=0.60, n=23）;该区年内主要粉尘堆积时段为春季和初夏;尘暴事件发生期间的降尘量不仅与尘暴持续期间10 min平均风速具有良好的正相关关系（r2=0.60, n=16）,而且降尘量与10 min风速变化幅度有关:强劲稳定的风力条件在监测地点产生较少的降尘量,强劲且变率较大的风力条件产生较多的降尘量。监测结果显示,风速的变化对粉尘的释放、输送和沉降有重要的影响,有助于理解地质记录所揭示的冰期-间冰期不同的大气粉尘沉降速率。     

Spatial trends of dustfall over northern China in the spring and their influencing factors

The spatial trends of dustfall of different sizes over northern China during April and May 2001,and March 2002,and their influencing factors,were analyzed.We divided the dustfall into seven grades based on particle size.Total dustfall and dustfall for each grade were highest in desert regions then in regions undergoing desertification,and the total dustfall,dustfall 100 μm and dustfall 250 μm were higher in western agricultural regions closer to desert areas than in eastern agricultural regions.The spatial trends in dustfall 300 μm in diameter were most strongly correlated with dust events,and the content of coarse particles increased with increasing severity of dust events.Because the spatial trend for dust events appears to be controlled by geomorphic conditions,vegetation coverage,soil moisture,and the distance from dust source,dustfall 300 μm in diameter appears to have the same controlling factors as dust events,but the control decreases with increasing particle size.Wind,the driving force for dust emissions,also influenced the spatial trends in dustfall 200 μm in diameter,and especially for dustfall 50 to 100 μm in diameter.Although dustfall 300 μm in diameter and precipitation were not strongly spatially correlated,there is some evidence that high precipitation decreased deposition by restraining blowing sand.The coarser the dustfall,the weaker the correlation with wind speed;however,transport of larger particles still occurs,and further research will be required to test the possibility that this dust is entrained mainly by the small-scale dust devils that are commonly observed in the study area.     

青海省降尘量时空分布及其影响因素分析

大气降尘在生活中随处可见,与人们的生活息息相关。本研究应用青海省8个监测站2004-2010年降尘量资料及气候和社会资料,对青海省降尘量时空分布规律及其影响因素进行灰色关联度和主成分分析。结果表明,青海省降尘量城市大,偏远的瓦里关山小;月降尘量4月峰11月谷;季节降尘量春季＞夏季＞冬季＞秋季;年降尘量玛多和西宁呈下降趋势,共和与平安呈增加趋势,而瓦里关本底台、德令哈、同仁和格尔木降尘量年际间变化趋势不明显。沙尘天气出现频率年际和年代际变化均呈减少趋势。气候因素与降尘量的关联度自青海省东部向西部逐渐增大;社会因素中与降尘量的关联度大于0.900的因子有造林面积、木材采伐量、房屋建筑竣工面积、烟尘排放量、植被盖度综合指数、人口、工业粉尘排放量和农作物播种面积;对与降尘量的灰色关联度大于0.8的19个社会、气候因子进行主成分分析表明,气候因子的载荷值明显高于社会因子,气候因素对降尘量的影响集中而突出,而社会因素影响复杂而分散。     

兰州市沙尘和非沙尘天气降尘的粒度特征比较

选择兰州市典型沙尘天气和非沙尘天气收集两类降尘,并对其进行粒度测定。结果表明：两种类型降尘粒度特征差别明显。总体上看沙尘天气和非沙尘天气降尘都以粉砂为主,但沙尘天气降尘粒度比非沙尘天气降尘偏粗,分选更差。非沙尘天气降尘粒度频率曲线呈双峰态分布。而沙尘天气降尘则呈单峰正偏态分布特征,说明沙尘天气沉降物来源比较单一。沙尘天气和非沙尘天气降尘的粒度分布曲线与兰州黄土的十分相似,说明现代降尘是地质时代风尘活动的继续,现代风积作用仍在进行。而它们粒度参数之间的差异可能与降尘堆积物的粘土化过程有关。     

塔克拉玛干沙漠腹地不同种类植物叶面滞尘粒度特征

为了揭示不同种类植物叶面滞尘粒度特征,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中沙漠植物园内10种阔叶植物的叶面滞尘和同一环境中集尘缸降尘进行取样,利用沉积物的粒度分析方法,研究了不同种植物叶面滞尘的粒度特征。结果表明：（1）植物叶面滞尘平均粒径为16～61 μm,以粉沙和极细沙为主,粉沙（65.85%）和黏土（7.77%）含量大于集尘缸降尘中的相应含量（32.01%,3.19%）;植物叶面滞尘分选性较差,分选系数为1.42～1.74;偏度属于近对称、正偏或极正偏;峰态中等偏窄,峰度值集中在1.019～1.375。与集尘缸降尘相比,植物叶面滞尘颗粒偏细,分选性偏差,整体正偏程度偏小,峰态偏宽。（2）10种植物叶面滞尘粒度也存在差异,平均粒径排序为灰杨<银沙槐<沙枣<小叶白蜡<沙冬青<枸杞<沙打旺<铃铛刺<胀果甘草<白刺,表明植物叶面对大气降尘的滞留和吸附具有很强的选择性,而这种选择性是植物叶面特性（是否有绒毛或褶皱等）、植物生活型（乔木、灌木、草本）以及与之相应的风沙流颗粒分布、近地表小气候特征等因素综合作用的表现。（3）粒度参数相关散点图表明10种植物叶面滞尘、集尘缸降尘沉积环境不同,而平均粒径与分选性对沉积环境变化响应最为敏感。     

塔里木盆地现代天然降尘磁性特征时空对比研究

塔里木盆地是北半球中、高纬度粉尘的重要源区。本研究在盆地南部的民丰县设置现代粉尘采样点,于2006年1月至2007年12月逐月采集样品。研究结果表明民丰县自然粉尘的月沉降通量为49.95 g·m-2,春、夏、秋季数值接近,冬季最低。粉尘中磁性矿物含量低,晶体粒径粗,矫顽力高,赤铁矿含量低。塔里木盆地自然粉尘和黄土高原黄土的磁学性质对比分析结果显示：黄土高原黄土的初始磁化率略低于塔里木盆地的现代降尘,二者的原生强磁性矿物的晶体粒径较粗,约为5 μm。粉尘在黄土高原沉积后,随着成壤过程中的生物化学风化作用加强,大量细粒强磁性矿物生成。同时,赤铁矿含量的增加也是指示成壤作用强度的重要标志。在塔里木盆地,人为源粉尘的磁性特征主要表现在强磁性和较低的矫顽力两方面。对盆地边缘地区的城市粉尘调查结果发现：北部城市粉尘的人为源输入强度高,磁学信号强;南部城市相对较弱。这与当地的经济发展状况、人口密度具有良好对应关系。环境磁学是进行粉尘环境监测和物源示踪的有效手段。