北京及其周边地区的沙尘暴研究

应用气象站1954—2001年地面观测资料，对北京及其周边地区的沙尘暴研究得出，北京地区的沙尘暴年均2.08日，1.79小时。20世纪五六十年代最为严重，七八十年代逐渐减少，90年代以来更少。多方研究表明，北京地区的沙尘暴源于当地的土壤大面积风蚀，并非外来，而且沙尘暴和扬沙年均日数，北京地区均高于其大多数周边近邻地区。在河北、河南、山西、山东、内蒙、辽宁等北京周边远邻地区中，内蒙古沙尘暴最严重，其次是河北、山西。但这些邻近省区也不是北京地区的沙尘暴来源之地。而北京冬春季节的裸露农田，才是北京地区沙尘暴、扬沙的主要发生地，因此应全面规划，综合治理。[编者按]     

北京地区沙尘天气及其影响

通过对北京地区1954～2001年气象台站的天气现象的观测资料以及最近几年20多个台站资料的分析.结果表明,北京一年中的沙尘暴主要集中在每年的春季(3～6月份),其中4月份的沙尘暴发生次数为全年最高,约占所有沙尘暴的50%;北京沙尘暴、扬沙和浮尘天气现象发生的频次有减少的趋势;北京地区沙尘天气的发生有一定的周期性变化规律;北京地区主要是以扬沙天气为主,占总沙尘天气的74.15%,其次是浮尘天气(18.09%)和沙尘暴(7.76%);北京地区的沙尘天气在空间分布上不均匀;北京地区沙尘天气现象与天气气候背景、周边和本地地表生态系统、本地建筑工地以及裸露地等有密切的关系;沙尘天气对北京重污染的贡献较大.     

减少沙尘天气从源头做起

今春北京发生的沙尘暴令人记忆犹新.截至5月11日,2006年我国北方共出现了12次沙尘天气过程,其中强沙尘暴5次、沙尘暴3次、扬沙4次.今年是近7年以来沙尘天气的第二严重年份.而在此以前的我国沙尘暴趋势是,前30-4年中平均3年1次,而到上世纪90年代它就每年光顾1回了;2000年很快增加到12次;2001年,我国北方地区共出现18次沙尘天气过程,其中强沙尘暴过程41天;2002年3月18-21日,我国北方大部分地区自西向东经历了20世纪以来最强的1次沙尘天气过程,强沙尘暴席卷我国北方140万平方公里.2003-2005,由于老天帮忙,加上采取了适当的保护措施,沙尘天气有所缓和.今年沙尘暴再度频发,说明我们治理沙尘暴的道路还很漫长.     

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.     

2000年北京沙尘暴源地解析

2000年我国北方春季干旱少雨,气温回升快,低涡频繁侵入,4月3～9日连续3次冷空气活动,造成了北京地区严重的沙尘暴天气。笔者利用卫星云图和中尺度数值模式MM5,分析了该次沙尘暴源地及沙尘输送机制。结果证明,北京沙尘暴初始源地为蒙古高原及冷涡移动路径上的沙漠戈壁地区;北京周边地区裸露地的沙尘在气旋尾部上升气流的扰动下,亦形成了边界层的近距离输送。      

中国西北及青藏高原沙尘天气演变特征

利用西北地区及青藏高原177 个气象站1971~2006 年的观测资料,分析了该区域发生的不同等级的沙尘(浮尘、扬沙、沙尘暴)的空间分布特征、移动规律和变化趋势.结果表明,12 月~翌年2 月,沙尘暴和扬沙发生的中心位于高原西南部;3 月,除高原西南部外,在河西走廊及其东部也出现沙尘暴和扬沙;4~5 月,高原西南部沙尘暴和扬沙的日数迅速减少,发生区北移到35ºN~40ºN 的区域.南疆和河西走廊及其东部,是春季浮尘的高发区.从12 月到4 月,沙尘暴和扬沙的高发区是逐渐向北和向东移动的;而浮尘的高发区主要在南疆,不随月份的变化而移动.近36a 来,沙尘的影响范围和发生日数,均呈显著减小的趋势.易于发生沙尘天气的区域,同时也是沙尘发生日数减小趋势最为显著的区域.     

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.      

和田沙尘天气成因及其影响分析

的环境质量受沙尘暴、扬沙、浮尘天气和强度的影响,对林牧农业生产、人类健康及整个生态环境造成严重的危害。     

应用CMAQ模型解析河北南部城市的霾污染来源

河北南部地区是霾污染最为严重的地区之一,本文应用MM5-Models-3/CMAQ空气质量模拟系统对河北及周边省市进行了区域尺度的模拟,并通过情景计算的方法估算了河北南部(包括石家庄、邢台、邯郸3市)、河北北部、京津2市、山西、河南、山东6个区域的人为源排放对石家庄、邢台细微颗粒物(PM2.5)及其主要成分和消光系数(Bext)的贡献率.结果表明,模拟时段内,石家庄市PM2.5的来源为河北南部65.3%、山西13.8%、河北北部7.3%、山东1.6%、河南1.1%、京津0.9%;邢台市PM2.5的来源为河北南部64.7%、山西10.4%、河北北部5.2%、河南3.7%、山东3.6%、京津1.1%.周边地区对石家庄市Bext的贡献率分别为:河北南部59.4%、山西13.8%、河北北部6.8%、山东1.7%、河南1.3%、京津0.9%;对邢台市Bext的贡献率则为:河北南部58.2%、山西10.1%、河北北部5.0%、山东3.7%、河南3.9%、京津1.0%.对2007年12月8—12日重污染过程的分析表明,重污染过程中河北北部、山东和河南的贡献率有所上升,山西的贡献率则有所下降.由于该地区霾污染的复杂性,进一步的观测和模拟工作仍然十分必要.     

沙尘暴对呼吸及循环系统疾病日门诊量的影响

对沙尘天气频发区甘肃省武威市的7所大、中型医院在2004、2005年沙尘天气高发时段(3月1日～5月31日)的呼吸系统和循环系统每日门诊人数进行了调查,采用半参数广义相加模型(GAM),在排除了医院日门诊量的长期趋势、大气污染因素、气象因素、日历效应等因素之后,分别对每年进行分析.结果表明,沙尘暴和扬沙天气与呼吸、循环系统疾病日门诊人数的增加有联系,且均表现为滞后效应,其影响程度为沙尘暴大于扬沙天气,沙尘暴和扬沙天气对健康的影响因不同年份而不同,表明沙尘天气对健康的影响受多种因素的影响.沙尘暴对健康的影响有性别差异.     

冬季山谷风和海陆风对京津冀地区大气污染分布的影响

为了弄清冬季山谷风、海陆风对京津冀地区大气污染时空分布的影响,利用2016年12月地面加密自动气象站逐时观测数据和中国环境监测总站发布的逐时PM_(2.5)浓度数据,计算平均风矢量场和平均PM_(2.5)浓度场,分析山谷风、海陆风变化规律及其对PM_(2.5)浓度分布的影响.结果表明,在山谷风日,中午至下午谷风将位于河北太行山东部地区的污染物向北输送.傍晚以后,在北京西部、北部,以及河北太行山山前出现的山风与偏南风构成"人字形"辐合线,辐合线的汇聚作用使北京地区、廊坊,以及保定、石家庄、邢台等地大气污染加重.在海陆风日,下午至前半夜,河北中东部沿海地区出现东南向海风,深入内陆到达天津东南部地区,海风前缘区域大气污染加重;通过对中国科学院大气物理研究所铁塔0～325 m风向风速与PM_(2.5)浓度时间变化关系分析,以及利用Cressman法插值得到的地面风向风速和PM_(2.5)浓度二维格点场,分析北京地区重霾污染过程中近地层山谷风和海陆风对大气污染形成的影响:中午至下午,谷风将大气污染物向北京输送.傍晚以后,大气污染物在山风与偏南风形成的辐合线附近汇聚,在北京地区及以南地区形成PM_(2.5)高污染区.凌晨至早晨北京被山风控制,大气污染物被吹离北京、滞留在北京以南至天津西北地区.冬季,山谷风的输送和汇聚作用使大气污染物以日为周期不断循环和累积,对北京地区至北京以南地区、河北太行山东部地区的大气重污染形成起重要作用.     

沙漠"决口",何去何从--来自沙尘暴源头的见闻与反思

据中央气象台的监测表明,今年截至4月16日-18日,我国北方地区已出现了今年以来的第10次沙尘天气,其中内蒙古中部出现了强沙尘暴,北京降下了大量浮尘,这次沙尘影响我国面积约120万平方公里,北京地区总尘降量约33万吨,形成北京近年最严重的空气污染.     

不同季节气象条件对北京城区高黑碳浓度变化的影响

利用2013年至2015年北京城区黑碳气溶胶(下文统称为"BC")和PM2.5观测资料,结合地面气象观测资料、ECMWF边界层高度再分析资料和FNL/NCEP不同高度风速再分析资料,讨论了BC质量浓度及其在PM_(2.5)质量浓度中所占比例(下文统称"黑碳占比")的季节、月、日变化特征,并通过计算北京城区BC浓度与不同高度风速的相关矢量,分析了气象条件和外来输送对北京城区BC浓度变化的影响.结果发现:研究时段内北京城区BC浓度平均值为(4.77±4.49)μg·m~(-3);黑碳占比为8.23%±5.47%.BC浓度和黑碳占比在春、夏季低,秋、冬季高,其日变化特征在4个季节均为"白天低夜间高"的单峰型特征.随着PM_(2.5)浓度的升高,BC浓度增大,黑碳占比减小.当北京地区风向为东北、东北偏东、东南和西南偏西(主风向)时,BC浓度与风速和边界层高度均呈反向变化,即随风速和边界层高度的增大而减小.另外不同季节BC浓度随风速变化的临界值及其变化速率不同.冬季高BC浓度时段,北京城区BC浓度在低层大气的关键影响区分别位于河北南部与山东交界地区以及河北西北部与山西内蒙交界地区;高空关键影响区主要位于北京以西的河北西部、山西北部和内蒙古地区.     

北京的绿化规划

根据《北京城市建设总体规划方案》规定:北京地区的绿化规划包括山区、平原和市区三个部分.北京地区的总面积是16,800平方公里,其中山区占2/3,宜林山地有1000万亩,已绿化350万亩.规划将650万亩荒山都披上绿装,并使之与河北坝上地区以至内蒙地区营造的防护林带结合,形成首都     

近50年首都圈沙尘暴的变化趋势及其与气温、降水和风的关系

利用首都圈地区 11个基本和基准气象台站近 50年的观测资料 ,给出了这 11个台站自建站至 2000年沙尘暴发生日数的年际变化序列 ,并分析了其与气温、降水和风的关系 .结果表明 :首都圈沙尘暴具有很大的时空差异 ,西北部沙尘暴日数明显多于东南部 .沙尘暴发生日数的年际波动很大 ,同一站点最多年份与最少年份相差几十倍 .二连浩特、阿巴嘎旗、锡林浩特、丰宁、张家口、怀来和北京等 7个气象站自建站至 2000年的沙尘暴日数呈显著的下降趋势 ,其余 4个气象站没有显著的上升或下降趋势 .首都圈地区沙尘暴季节性显著 ,多集中在春季 .与沙尘暴日数相关性最强的是起沙风日数 ,有 6个站点的沙尘暴日数同起沙风日数呈显著的正相关 ;其次是气温 ,有 3～ 4个站点的沙尘暴日数与年均温、冬季均温和春季均温呈显著负相关 ;降水量与沙尘暴日数的相关性最弱 ,只有朱日和 1个站点与春季降水量呈显著负相关 .另外有 4个站点的沙尘暴日数与气温、降水和风均没有显著的相关关系 .根据上述研究结果就首都圈沙尘暴的时空变异性及其与气候因素的关系等问题进行了讨论 .     

区域大气污染数值模拟方法研究

大气污染是一个区域性的环境污染问题,北京大气环境的质量与周边地区污染源的排放有密切关系.将气象模型高级区域预报系统(ARPS)与空气污染模型Models-3耦合进行模拟计算,从检验结果可以看出,模拟值与实测值有较好的一致性,表明该模式系统可以用来研究区域大气污染物传输及相互影响.模拟计算了2002年北京地区各季ρ(PM10)以及山西污染源对北京的贡献,结果表明,在特殊的天气条件下的典型时段,尤其是在西南风气流场控制下,山西污染源对北京空气质量有较大的影响.比较而言,夏季(8月)山西污染源的平均贡献率最大,约为15.44%;冬季(1月)最小,约为2.25%.表明控制北京大气污染不容忽视周边污染源的影响.      

和田降尘与浮尘、扬沙、沙尘暴关系的研究

通过野外调查、定位试验和室内分析,探索了新疆和田扬沙、沙尘暴、大风和浮尘产生的原因及发生规律与土壤降尘量的关系及其时空变化特点。结果表明,和田地区的降尘受浮尘、扬沙、沙尘暴日数和强度的影响,对土壤有重要作用。      

北京的水源保护规划

北京地区的水源,主要靠本地区降水产生的地下水和地表迳流;其次靠河北、山西部分地区,通过永定河、潮白河、拒马河等跨省市河流,流入本市的迳流.     

浮尘天气对十堰空气质量的影响

以十堰市近几年来的气象统计和空气中总悬浮颗粒物的监测结果为例,探讨北方频发沙尘暴天气对十堰空气质量的影响及其影响的程度,认为沙尘暴天气对我省空气质量主要是以浮尘天气出现,总体影响不是很严重。本地扬尘、扬沙是影响十堰空气质量的主要污染物,而浮尘天气更加重了总悬浮颗粒物的污染程度。     

奥运时段北京及近周边区域空气污染观测与比对分析

为研究奥运时段北京与近周边区域空气质量的相互影响,评价区域污染源协同减排对奥运时段北京空气质量的作用,寻求北京空气污染预警的有效途径,2008-06-01～2008-10-03在北京奥运村以及近周边的河北涿州、廊坊、香河、燕郊进行了空气污染联网观测.结果表明,夏秋季节北京和近周边首要污染物均为颗粒物,北京和周边可吸入颗粒物(PM10)平均质量浓度分别为(114±66)μg/m3和(128±59)μg/m3;细粒子(PM2.5)质量浓度则分别为(77±47)μg/m3和(81±51)μg/m3;臭氧质量浓度小时最大值的平均分别为(164±52)μg/m3和(165±55)μg/m3;NOx分别为(58±23)μg/m3和(25±14)μg/m3.相对于6月,奥运会时段(8月8日～8月24日)北京地区PM10、PM2.5、O3、NOx的浓度分别下降69%、62%、18%和41%,残奥会时段(9月6日～9月17日)PM10、PM2.5、O3、NOx的浓度分别下降56%、49%、17%和16%.北京大气中细粒子浓度受周边影响严重,而NOx有向周边扩散的潜势,夏季臭氧则表现出区域污染的特征.结合气象要素分析表明,近周边区域联网观测,有助于北京空气质量预警研究,并可为区域协同防控空气污染提供科学支撑.