中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、天文总辐射、地面太阳总辐射和沙尘能见度等观测和理论计算资料,对中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系进行了分析.结果表明:沙漠地区太阳辐射和沙尘气溶胶指数有非常高的相关性,且变化趋势一致.表明由太阳辐射触发的热对流是影响沙漠地区沙尘气溶胶最主要的因子;沙尘气溶胶进入大气中,必然也会对太阳辐射产生重大的影响.晴日时沙尘气溶胶吸收和散射辐射可达沙尘暴(含扬沙)天气时的60%以上.     

沙漠地区沙尘气溶胶含量变化的原因分析

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、太阳辐射、沙尘能见度、降水量等观测资料,对中国西北部沙漠地区沙尘气溶胶含量进行分析.结果表明,沙漠地区AI值不但取决于沙尘暴的发生,而且取决于太阳辐射.这表明沙尘暴起沙模型和尘卷风与干热对流的联合起沙模型互为补充,沙漠地区上空的沙尘气溶胶含量是它们共同作用的结果,而由太阳辐射引发的尘卷风与干热对流较沙尘暴过程更为重要.     

全球沙尘气溶胶源汇分布及其变化特征的模拟分析

根据全球沙尘气溶胶气候模式GEM-AQ/EC模拟的1995~2004年的沙尘起沙量和干湿沉降量,分析了沙尘气溶胶源汇的全球时空变化特征.全球沙尘起沙量集中在各个主要沙漠地区,北非对全球沙尘气溶胶贡献最大为66.6%.沙尘气溶胶沉降的高值区分布在沙漠源区及其紧临的下风地区.最大净沙尘气溶胶接收主要分布在沙漠周围地区并形成净接收量大于10t/(km2×a)的位于0°N~60°N之间的北非、欧亚大陆、西太平洋、北印度洋、北美和大西洋的带状分布.在北非、阿拉伯半岛、中亚、东亚和澳大利亚5个主要沙漠地区中,起沙量和沉降量都存在明显的季节变化,除中亚其他4个区域干湿沉降量和起沙的季节变化基本一致;东亚地区沙尘气溶胶起沙量和总沉降量的季节变化最为明显,而北非沙漠起沙量和总沉降量的季节变化最小,其他3个区域的季节变化幅度基本相同.中亚起沙峰值和阿拉伯半岛起沙次峰值出现在夏季,其他区域的峰值均出现在春季.10年间全球陆地年平均起沙量为(1500±94)Mt,保持略微上升趋势.以北非沙漠起沙量年际变化率最低(6.3%), 而以东亚(28.3%)和澳大利亚(45.0%)起沙量年际变化最为明显;全球陆地的沙尘气溶胶沉降量以约9.9Mt/a的速率递减,全球海洋的沙尘气溶胶沉降递增.     

1995~2004年东亚沙尘气溶胶的模拟源汇分布及垂直结构

利用全球气溶胶模式GEM-AQ/EC的1995~2004年10年沙尘气溶胶模拟,探讨了东亚地区沙尘气溶胶源汇分布和垂直结构特征.结果表明,东亚大陆沙尘气溶胶源区主要集中在东亚的沙漠地区,有两大沙尘主要源区:覆盖蒙古国南部及中国内蒙中西部的沙漠地区和南疆的塔克拉玛干沙漠.东亚沙尘排放量春季最大,占全年排放总量的66.81%,四月份达15.29Mt,夏季下降,秋季小幅度回升,冬季最小;东亚沙尘排放量呈现明显的年际变化及增强的趋势.东亚沙尘沉降高值区与源区一致,源区及附近以干沉降为主,远距离传输到中国东北、长江以南及西太平洋包括日本、朝鲜半岛,湿沉降占主导地位;沙尘沉降具有季节变化,其趋势与东亚沙尘排放量的季节变化大致相同,且模拟的10年沉降量呈上升趋势.东亚沙漠地区排放的沙尘主导了东亚沙尘气溶胶的变化,最大的净沙尘汇区集中在紧邻净沙尘源区的黄土高原及华北平原西部.东亚地区春夏秋3个季节均是沙尘的净源区,而冬季强西风急流输入东亚以外的沙尘使东亚整体上为沙尘净接收区.东亚大陆大部分地区,沙尘垂直分布主要集中在对流层低层3km高度以下,在西太平洋地区包括日本、朝鲜半岛沙尘高值中心位于在对流层中层5km高度上下,在沙漠以北地区沙尘垂直廓线的高值出现在对流层中上层6~8km高度.     

沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输对东亚地区大气环境的影响

基于全球大气环流模式CAM3.1对2002—2003年模拟的全球沙尘气溶胶分布及其变化的评估,通过去除东亚沙漠(局地源)的敏感性模拟试验来分析北非、阿拉伯和中亚地区沙漠区(外部源)的沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区大气沙尘气溶胶的贡献.结果表明,受到大气沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输的影响,东亚以外沙尘源对青藏高原大气贡献率最大,对我国北方干旱半干旱地区大气贡献率最小,对中国南方地区和日韩及邻近的西北太平洋地区大气贡献率基本相当.东亚地区秋(冬)季大气受到东亚以外沙尘源的影响最弱(强).我国北方干旱半干旱地区近地层大气沙尘气溶胶的外源贡献率秋季最小(约5%),冬季最大(约30%).青藏高原冬季60%~80%的近地面大气沙尘气溶胶来自东亚以外的沙漠区,而在秋季则只有约20%~60%.外源对东亚大气沙尘气溶胶柱浓度和对近地面大气沙尘气溶胶的影响具有基本一致的季节特征,但对柱浓度的贡献率一般偏大10%~40%.沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区的影响主要集中在2~6 km的自由对流层.随对流层高度的增加东亚各地区外源贡献率均增加.青藏高原地区以年平均对流层沙尘气溶胶外源贡献率62%~81%成为东亚地区最大的影响区域.     

塔克拉玛干沙尘活动对下游大气PM10浓度的影响

利用卫星遥感获得的1997~2002年逐日气溶胶指数(AI)分析了塔克拉玛干沙漠地区上空大气沙尘的时空变化特征,以及2001,2002年春季(4~5月)该沙区大气沙尘活动与我国大陆29个主要城市大气PM10含量的相关性.结果表明,该区大气沙尘活动的强弱与中国西北东部(西宁、兰州、银川、西安)大气PM10含量高低存在着显著的正相关(相关系数超过0.7,达到0.001的显著性水平).地面大气环流场的合成分析和线性回归分析发现,该沙漠地区的大气沙尘主要是通过青藏高原东北缘的绕流以及翻越高原东北部柴达木盆地的偏西风输送到西北东部地区,进而影响到当地空气质量的.     

民勤近地面沙尘暴气溶胶浓度变化特征初探

借助近地面沙尘暴监测系统对民勤沙尘源区不同沙尘天气的气溶胶浓度进行了监测,初步分析了民勤近地面沙尘暴气溶胶浓度的变化特征.结果表明:沙尘暴气溶胶浓度春季最高,为14.61 mg·m-3;夏季逐渐降低,为12.49 mg·m-3;秋季无沙尘暴出现,气溶胶浓度最小;冬季趋于回升,可达9.82 mg·m-3,沙尘暴气溶胶浓度季节变化与沙尘暴发生频率相一致.不同沙尘天气条件下沙尘气溶胶浓度表现为强沙尘暴最大,为18.80 mg·m-3;中沙尘暴次之,为13.56 mg·m-3;扬沙浮沉天气较小,只有3.07 mg·m一.随着沙漠向绿洲的过渡,沙尘暴气溶胶浓度明显降低,沙漠、绿洲边缘、绿洲3个下垫面条件下沙尘暴气溶胶浓度依次为21.07 mg·m-3、12.09 mg·m-3、6.49 mg·m-3.沙尘暴气溶胶浓度随观测高度变化遵循幂函数规律,浓度梯度变幅表现为沙尘暴高发季节大于低峰季节,沙尘暴天气大于扬沙浮尘天气,沙漠下垫面大于绿洲下垫面;不同下垫面条件下沙尘暴气溶胶浓度在41 m高度处趋于一致,表明沙尘源区的沙尘浓度在约40 m范围内受地面影响较为显著.     

中国3个AERONET站点气溶胶大小的识别及特征分析

?ngstr?m波长指数a是判断气溶胶粒子大小的重要参数,但当气溶胶尺度分布不满足Junge分布时,仅用a不能很好的反映气溶胶粒子的尺度信息.利用Mie散射理论和AERONET站点实测资料分析说明在0.750.6;当a2>0.3时,多以粗粒子为主,Vfine/Vtotal<0.4.利用Gobbi气溶胶图解法分析显示SACOL站AOD的大值主要是由于沙尘气溶胶的影响造成的;香河站沙尘和细粒子气溶胶都会产生大值AOD,并且图解法可以很好的区分这两种情况;太湖站受沙尘的影响较小,大值AOD绝大多数是由于细粒子气溶胶造成的.     

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.     

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.     

尘卷风对沙尘气溶胶的贡献及其与太阳辐射的关系

利用塔克拉玛干沙漠及周边地区观测资料,依据尘卷风热力学理论和方法,估算出在塔克拉玛干沙漠地区尘卷风对沙尘气溶胶贡献的年平均量为4.0× 106t,年最大量为5.0×106t,与该地区沙尘暴的沙尘气溶胶年均贡献量相当.依赖于太阳辐射强度季节变化,尘卷风的起沙量具有与地面温度同步的季节变化规律.     

Effects of Asian dust events on atmospheric bacterial communities at different distances downwind of the source region

Aeolian dust particles arising from arid and semiarid zones are known to carry microbes by air currents. The effect of wind-borne bacteria on atmospheric bacterial population at various downwind distances from the dust source regions must be clarified, but has not yet been reported. This study monitored the bacterial abundance and community composition in outdoor aerosol samples in Beijing, China, which is close to the Asian dust source regions, and compared them with the results obtained in a distant region(Osaka, Japan).The Asian dust collected in Beijing contained(4 ± 3) × 10~4 bacterial cells/m~3, approximately~4 times higher than in Osaka. On 15 April 2015, Beijing experienced severe Asian dust events with a 1000-fold increase in bacterial abundance, relative to non-Asian dust days. Dominant bacterial phyla and classes in Asian dust collected in Beijing were Actinobacteria, Bacilli and Acidobacteria, and the bacterial community composition varied more widely than in Osaka.The bacterial community compositions differed between the Beijing and Osaka dusts, even for the same Asian dust events. These results indicated that aerosol bacterial communities nearer the dust source are more affected by eolian dust than their distant counterparts.     

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.     

降尘收集方法对沙尘理化性质的影响及环境意义

利用建立在腾格里沙漠东南缘的中国科学院风沙观测场内收集的降尘,分析了不同降尘收集方法收集的降尘粒度、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率,旨在优化干旱区降尘收集方法、确定我国的沙尘源区.降尘物质的微量元素Ba的含量最大,可达255~474μg/g, Nd的含量为0.3~9.6μg/g;常量元素SiO2的含量最大,79.30%, MgO含量最小,0.98%.微量元素的富集因子值在0~3之间,但常量元素差异较大.结果表明,减速法和湿法收集的降尘从粒度分布、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率等方面均具有一致性.平均粒径湿法最细(Φ值2.84),干法最粗(Φ值2.46).因此,减速法能够作为代替湿法在干旱区进行收集降尘的方法.同时,由降尘的地球化学性质可知,西北干旱区沙漠是我国的主要沙尘源区之一.     

沙尘天气对北京大气环境质量及太阳辐射的影响

利用空气污染指数(API)、地面气象数据和辐射观测数据,分析了2009年3月一次典型沙尘天气发生时的大气环境质量及太阳辐射变化,并分析了2008年10月—2009年6月不同污染情形下各太阳辐射要素之间的关系. 结果表明:API与辐射关系明显,沙尘天气导致总辐射、直接辐射和反射辐射减小.净辐射白天减小而夜间增大. 能见度和气压等气象要素对沙尘过程影响明显. 沙尘到来时,能见度降低,地面处于低气压控制下;沙尘过境后地面被高压控制. 随着污染的加重,总辐射与反射辐射相关关系显著,变化不大但略有偏差;直接辐射和总辐射、散射辐射、反射辐射的相关性先降低后增加;散射辐射与总辐射的比值持续增大,但增加的速度随着污染的加重趋于平缓,且离散度增大.      

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.