沙尘的红外衰减特性研究

应用Mie理论分析了沙尘粒子的散射特性,研究了具有一定粒径分布的沙尘粒子的红外衰减特性。研究结果表明,指数分布和对数正态分布下沙尘的衰减预测结果比较接近且随能见度的增大衰减减小。不同沙尘天气衰减计算结果表明,波长为11μm时,沙尘暴引起的衰减最大、自然沙尘引起的衰减最小。     

基于Mie理论的带电沙尘媒质微波衰减特性研究

目的研究带电沙尘媒质中微波衰减特性。方法根据带电球形粒子Mie散射理论,分析带电沙尘粒子的散射特性及带电沙尘媒质的微波衰减。结果在同一频率下,消光系数随着沙粒半径增大而增大,带电沙粒的消光系数要大于不带电沙粒的消光系数。对于同一频率和能见度,带电沙的衰减要比不带电沙的衰减要大,且衰减随能见度的增大而减小。结论带电沙尘粒子对微波传播影响比中性沙尘粒子明显。     

沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响

应用沙尘粒子的尺寸分布和沙粒的等效介电常数模型,给出了微波在沙尘暴中的传输模型,表明沙尘的衰减和相移与沙粒的等效半径成正比关系,并对不同能见度、不同频率和不同高度下沙尘暴引起的衰减和相移进行了仿真计算。结果表明,对数正态分布和指数分布对微波的传输特性影响最大,瑞利分布和正态分布的预测结果比较接近且影响最小。     

毫米波在带电沙粒的传播特性研究

沙粒带电是以表面部分区域带电的方式存在,应用沙粒的等效介电常数模型,对沙尘暴引起毫米波的衰减和相移进行了分析和仿真计算。结果表明,频率小于35GHz时,沙尘对电磁波的衰减影响较小;当水含量增大时,衰减会随之显著增加。沙粒带电量越大,沙尘引起的相移频率随之而增大。     

2000—2002年沙尘现象对北京大气中PM10质量浓度的影响评估

北京地区大气中污染物粒子PM₁₀主要有3个来源:本地区排放的PM₁₀;北京周边地区排放的PM₁₀经过输送扩散进入北京大气中;沙尘现象污染北京大气,尤其在强沙尘时造成北京大气中主要污染物粒子皆为沙尘粒子。而北京部分地区受沙尘影响时,大气中污染物粒子既包含沙尘粒子也包含排放的污染物粒子。利用北京及周边地区气象台站资料、卫星遥感资料以及环境监测资料,采用月积分浓度和年积分浓度方法,对沙尘粒子与污染物粒子进行了统计对比分析,发现沙尘粒子约占北京PM₁₀的7%～19%。      

沙尘粒子的成分和形态分析

采用试剂薄膜法和X射线能谱,分析了1995年春季发生在北京5次沙尘过程中采集的单个沙尘粒子的特征,粒子按粒径分为粗粒子(d＞1μm)和细粒子(1μm≥d＞0.1μm),除了沙尘粒子呈不规则形状,主要集中在粗粒子段外,得到的其它主要结果如下:几乎没有沙尘粒子含有可溶性硫酸盐,含硫粒子的能谱中硫的峰也不明显,并且含有硝酸盐的沙尘粒子仅占总沙尘粒子数的11%,远远低于无沙尘时硝酸盐粒子所占的比例.这些结果说明,发生于中国北部和西北地区的沙尘在中国大陆内传输过程中,其本身成分变化不大,仍以其源区的组成成分为主.另外在个别沙尘过程中的采样分析表明,北京市内的建筑粉尘有时也是局地的尘源,它们在粗细粒子中都有,外形呈规则的立方体结晶状,所含的地壳元素以Ca为主.     

利用风云四、MODIS及CALIPSO卫星资料分析西北沙尘过程的垂直和水平分布特征

FY-4A提供的高时间分辨率沙尘强度产品为分析沙尘过程中气溶胶分布提供了新的思路.本研究使用MODIS暗像元/深蓝/合成算法的AOD产品以及FY-4A沙尘强度产品,分析了2018年春季中国西北地区的两次典型沙尘过程,并使用CALIPSO后向散射系数产品研究了这两次事件中气溶胶的垂直分布特征.研究结果表明：①风云四号沙尘强度产品与MODIS深蓝算法产品以及合成算法产品在西北沙漠地区的沙尘分布情况上具有很好的空间一致性;②对于沙尘有明显向东输送的沙尘过程而言（如2018年4月4—6日）,沙尘主要分布在2~6 km,有些地区甚至只有4 km以上才存在沙尘,在沙尘输送的下游地区,沙尘主要分布在2 km以下的低空;而对于沙尘没有向外扩散的沙尘过程（如2018年5月21—23日）,沙尘粒子则主要分布在0~5 km高度处.     

半干旱区沙尘天气对0010～10 μm沙尘气溶胶分布的影响

利用WPS粒子谱仪对内蒙古朱日和背景天气及沙尘天气的气溶胶数浓度进行了观测,研究了不同天气背景下沙尘气溶胶数浓度及谱分布特征. 结果表明:在背景天气和沙尘天气下,0.010～0.020,0.021～0.100,0.101～1.000,1.001～2.500 μm等粒径段的气溶胶数浓度差别较大;沙尘天气对各粒径段,尤其是大于1.0 μm的气溶胶数浓度影响较大,沙尘暴过程中1.001～2.500 μm粒径段的气溶胶数浓度约为背景天气的35倍;各粒径段气溶胶数浓度在不同天气背景下的日变化规律有所不同,受气象要素的影响较大. 对沙尘气溶胶谱分布的分析可知,沙尘暴发生前后1 h的沙尘气溶胶谱型均符合Lorentz分布,背景天气下同时段的沙尘气溶胶谱型也符合Lorentz分布;沙尘天气下沙尘气溶胶谱型在沙尘暴发生前1 h的主峰值比背景天气高1个数量级,沙尘暴发生后1 h的峰值半径明显移向大粒子.      

春季沙尘过程对华东高山背景区域颗粒物中水溶性无机离子的影响

于2014年3—5月在国家大气背景监测福建武夷山站采集了PM2.5及PM2.5~10样品,利用离子色谱对其中的水溶性组分进行分析,并同步收集气象因子及污染物质量浓度数据,结合后向气流轨迹,分离出受沙尘影响的样品,探讨了春季沙尘过程华东高山背景区域颗粒物中水溶性组分的特征.结果表明,春季武夷山背景点沙尘影响期间颗粒物质量浓度及各水溶性离子浓度均比非沙尘期高,在粗粒子中表现更为明显;沙尘期间NO-3在粗粒子中明显富集,NO-3浓度显著升高;受沙尘影响,粗粒子中阳离子与阴离子的当量浓度比及NO2的二次转化率均明显升高.     

沙尘媒质微波衰减特性研究*

目的研究沙尘媒质中微波衰减特性。方法根据随机媒质电磁波传播理论,给出了沙尘媒质中沿水平路径和沿地空路径的微波衰减和相移模型,与Sharief,Erdenekhuu和尹文言衰减模型计算结果进行比较和分析。结果衰减模型与Goldhirsh模型比较吻合,验证了其正确性。模型预测结果与Sharief模型结果一致。结论仿真结果验证了提出模型的有效性,模型计算方便,适用于不同频率。     

东北地区2002年春季沙尘暴的物质特征和成因分析

沙尘暴是东北地区冬春季一种常见的灾害性天气,研究东北地区沙尘颗粒的特征,来源和成因是防止沙尘暴的关键.通过对东北地区2002年春季沙尘暴物质的粒度分析和孢粉分析,发现沙尘暴物质中孢粉丰富,主要以草本中的蒿属和藜科为主.沙尘颗粒的中值粒径为10～20μm. 通过粒度分布曲线和孢粉组合可以从新的角度分析沙尘来源.通过对扬沙和沙尘暴季节分布规律,多年分布规律和地质历史时期及人类历史时期的出现规律的研究,发现东北地区扬沙沙尘暴以冬春型为主,50年中冬春季发生沙尘天气的次数占总次数的75%.在地质历史时期和人类历史时期扬沙和沙尘暴就频繁出现,50年来,扬沙和沙尘暴在波动中减少,2000年开始在东北地区扬沙和沙尘暴出现频率增强.东北地区扬沙和沙尘暴出现频次、强度和分布的南界受冬季风强度控制,冷干组合是沙尘暴高发的有利条件.     

2021年中国北方首次沙尘天气的多源遥感分析

利用多源遥感数据和NCEP再分析资料,从沙尘源区的地理环境和气候特征出发,对2021年中国北方首次沙尘天气事件每日的大气环流形势以及沙尘的水平,垂直分布特征进行深入的研究分析.结果表明:源区内异常增温,降水稀少的气候背景下致使大面积裸露松散的土壤含水量较低,为大范围,高强度沙尘天气的形成提供了物质基础;频繁活动的冷空气,是沙尘天气爆发的动力因子.沙尘在强风中沿东南方向向下游地区输送和扩散,中国西北,华北,黄淮,江淮,江汉地区和江南北部等地先后受到沙尘天气的影响,空气质量迅速恶化,首要污染物为PM₁₀.此外,沙尘气溶胶东移也波及朝鲜半岛,日本等下游地区.在输送过程中,内陆地区沙尘主要分布在1~6km,而下游地区的沙尘则集中分布在2km高度附近,粒径较大的沙尘出现在近地表的频率较高,较小的颗粒主要分布在对流层中下层.     

中国西北春季沙尘高发区及沙尘源解析

以波段亮温差算法（BTD）对中国西北2014~2018年春季460期MODIS L1B数据进行沙尘信息逐日提取，统计分析沙尘频数的空间分布规律，结合地貌特征及地表沉积物细颗粒组分含量进行沙尘源解析.结果表明：（1）中国西北沙尘活动呈"两区三带"分布特征，沙尘频发区主要分布于塔里木盆地和蒙古高原南部沙漠戈壁区；区内存在塔克拉玛干沙漠东南缘荒漠绿洲高频带（270~287次）、库姆塔格沙漠北缘高频带（240~250次）及巴丹吉林沙漠东北边缘荒漠绿洲高频带（240~250次）.（2）中重度沙尘高频区主要分布于塔克拉玛干西北部沙漠绿洲.沙尘源主要为富含粉尘的边缘沙漠与冲积洪积扇缘戈壁交错带，内含丰富的干河床、干涸湖泊和绿洲退化地，该区域细物质组分含量高，易释放粉尘微粒并通过局地循环过程向周边地表扩散沉积，为区域高频、高浓度沙尘发生提供丰富的物质基础.     

利用偏振-米散射激光雷达研究广州一次浮尘天气过程

利用偏振-米散射激光雷达、颗粒物监测仪数据,结合风廓线等气象资料分析讨论了2012年3月25日广州浮尘天气气溶胶污染事件,通过气团后向轨迹分析了沙尘气溶胶的来源及路径.结果表明本次污染过程与我国西北地区大部沙尘暴产生的浮尘远距离输送有关;浮尘期间相对湿度迅速下降,测点PM10中PM2.5所占的比例在28%~31%之间,与广州地区以细粒子污染为特征不同,本次气溶胶污染事件主要是由粗粒子引起;影响近地面的沙尘层主要分布高度在1000~2000m区域;沙尘过境期间探测到气溶胶最大退偏比为0.34.     

2017年春季华北地区一次典型沙尘重污染天气过程研究

结合空气质量监测站小时监测数据、NECP资料、卫星遥感资料,分析了2017年5月3—5日华北地区一次典型沙尘重污染天气过程.结果表明,此次重污染过程主要由前期的浮尘和后期的扬沙天气造成.前期,蒙古气旋强烈发展将沙尘源地的沙尘抽吸到空中并在偏西风作用下,长距离传输到华北地区沉降,造成大范围浮尘天气,多个城市出现严重污染,PM₁₀浓度增高显著.后期,随着高空横槽转竖并东移,受强冷锋影响,京津等地出现大风扬沙天气,大风过后,空气质量转好,PM₁₀浓度降低至较低水平.起沙源地高空辐散、近地面辐合产生强烈的上升运动将沙尘带到空中并向东传输至华北上空,近地面处于弱辐散场,高空的沙尘缓慢下沉,形成了浮尘天气;高空槽东移,高空辐合,近地面辐散,700 hPa至近地面为强烈下沉运动,是形成此次扬沙天气的主要原因.结合天气形势分析和特征量诊断,给出了华北地区此次浮尘和扬沙天气的天气学概念模型.