北太平洋地区沙尘沉降与海洋生物兴衰的关系

通过对2001年4月中亚强沙尘暴过程在中国、韩国、日本和北美大陆地面PM10观测结果进行统计分析,推算出了北太平洋PAPA地区的沙尘沉降通量,结合同期PAPA地区的海洋表层有机碳和叶绿素观测结果,探讨了北太平洋沙尘与海洋生物兴衰的关系.结果表明,本次强沙尘暴过程可以给PAPA地区带去大约3.1～5.8μg/m³的风成Fe元素,它激发了海洋生物泵,引起海洋浮游植物的快速繁盛.     

天山乌鲁木齐河源冰川积雪内不溶粉尘特征：沙尘与非沙尘活动季节的比较

2005年春夏 (4～8月)期间,对位于中亚粉尘活动源区的天山乌鲁木齐河源1号冰川积雪中沉积的大气粉尘微粒的数量浓度及其季节粒径分布特征等进行了观测研究.结果表明,表层雪中不溶粉尘数量浓度在沙尘活动的4～6月份非常高 (最大439×10³个/mL),可能是由于亚洲春季发生的沙尘暴事件影响造成的;将4～8月积雪表面不溶粉尘粒径分布进行了比较,粉尘微粒质量粒径分布表现出分布模式由沙尘活动前的单一模式 (3～21 μm),到沙尘活动期间的双峰分布模式 (3～21 μm和20～80 μm组成),再到非沙尘季节的单一模式 (3～21 μm)的变化规律;粉尘化学离子组成,尤其是主要代表矿物颗粒的Ca²⁺,在4～6月份浓度很高 (最大7?095 μg/L),另一方面,NH+4和SO2-4等作为可溶部分浓度变化存在差异.同时,用后向气团轨迹分析法验证了该区大气粉尘的传输路径,发现沙尘与非沙尘季节大气粉尘来源不同：分别来源于西北和西南方向,这对大气粉尘的传输和沉降造成很大影响.     

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.     

2021年3月14—16日中国北方地区沙尘暴天气过程诊断及沙尘污染输送分析

2021年3月14—16日发生在北方地区的沙尘暴天气过程被认为是近10年来我国出现的最强过程.本文在对此次沙尘暴过程天气学特征分析的基础上,利用 HYSPLIT 模式和 GDAS 资料,运用潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT）,探讨了气候变化背景下沙尘输送源与天气系统的配置关系及本次过程中沙尘污染物PM₁₀质量浓度的潜在源区分布及贡献.结果表明,此次过程由强烈发展的蒙古气旋及冷锋过境,高空槽后冷空气持续补充引起,中高层强斜压性使地面蒙古气旋强烈发展,大风卷扬起的沙尘随上升气流输送到高空,并在偏北大风引导下,影响了我国大范围地区.内蒙古东北部至河套地区的强涡度梯度带、500、700 hPa较高的强冷平流中心与下层的温度平流差异以及交替的上升下沉运动为本次北方地区大范围沙尘暴过程提供了动力、热力及不稳定度条件.本次沙尘天气过程中,影响呼和浩特、北京的沙尘传输通道主要为北偏东路,影响银川的沙尘传输通道为西北路和北路,过程受多沙源传输通道影响.萨彦岭、蒙古国南部戈壁沙漠为本次沙尘天气PM₁₀的主要潜在源区,传输过程中混合内蒙古沙源地沙尘.总体来说,蒙古国南部戈壁沙漠对本次过程PM₁₀质量浓度的贡献最大.     

上新世青藏高原北部隆升事件的模拟检验（英文）

关于上新世阶段青藏高原北部是否存在显著隆升事件这一问题目前依然存在较大的争议。本研究尝试利用沙尘气候模拟方法对上新世高原隆升的可能性做一评估。北太平洋风尘记录显示亚洲内陆干旱化在三到四百万年存在非常显著的增强,这可能是由于全球气候变冷和/或青藏高原隆升引起的。基于此,我们利用一个耦合了沙尘模块的气候模式,通过一系列敏感性试验测试大气沙尘沉积通量对于上新世以来主要气候强迫,包括冰盖变化,海表温度,大气二氧化碳浓度和青藏高原北部地形的响应。可能引起粉尘通量变化的大气环流和沙尘源区面积两个因素的改变在试验中都被考虑。模拟结果表明,冰盖扩张、海表温度下降和大气二氧化碳浓度下降这些全球变冷因素仅能解释中上新世和末次盛冰期北太地区粉尘沉积通量改变量的约三分之二,而剩下的三分之一需要归因于青藏高原北部的隆升。高原北部的隆升可以显著恶化内陆干旱状况从而提升大气粉尘浓度,支持了上新世高原北部存在明显隆升事件这一观点。     

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.     

两类典型沙尘过程对比及清除机制分析

沙尘天气会危害人体健康并直接影响城市运行,当沙尘天气发生后,针对其清除过程及动力学机制鲜有研究.本文利用北京地区地面观测资料、风廓线雷达数据、四维变分多普勒雷达分析系统（Variational Doppler Radar Analysis System,VDRAS）数据、气溶胶激光雷达监测资料等,对比分析了2018年3月27—28日明显浮尘和2021年3月15日强沙尘暴天气的沙尘清除过程,研究了不同大气环流背景下的沙尘减弱消散动力机制.结果表明,在3月27—28日偏东风天气背景下：①北京地区沙尘浓度垂直分布及变化与高空槽及偏东风的强度垂直分布有紧密关系;②浮尘天气中,偏东风在1~1.5 km之上随高度减弱形成上升气流,与短波槽耦合,将高浓度气溶胶向高空输送;而1 km以下偏东风向 地面风速减小,有利于下沉运动,不利于气溶胶向高层扩散,造成中层浓度降低;③随着2.5 km以下偏东风加强至低空急流,并随高度增加, 上升运动显著增大,高浓度气溶胶被抬至高层并向下游输送,配合气团更迭,完成浮尘清除.而在3月15日强沙尘暴过程中：④沙尘浓度垂直分布变化与上游传输及低层强下沉运动有关,1 km以下沙尘浓度首先下降,主要由低层大气辐散下沉及沉降作用导致,而高空西北气流的 传输作用使得1~2.5 km高浓度沙尘粒子维持时间较长,垂直出现分层结构;⑤冷锋后西北气流天气形势下,沙尘的清除机制在于整层强烈的下沉运动与自然沉降的叠加效应,配合清洁气团更迭,完成清除过程.     

祁连山老虎沟12号冰川积雪中飞灰颗粒物的特征

冰川积雪中的飞灰颗粒物可指示由大气沉降的人类活动污染物.本研究基于2012年6月在青藏高原东北缘的祁连山老虎沟12号冰川夏季野外观测取样、实验室扫描电子显微镜与X射线能谱仪联用系统(SEM-EDX)分析了积雪粉尘中球形颗粒物的特征信息,以弄清冰川区沉降的球形飞灰颗粒物的理化特征及其环境意义.结果表明,在所选取的雪层不同深度的9个积雪样品中,都存在着一定数量的飞灰颗粒,这些颗粒物通常是人类生产活动中的化石燃料高温燃烧所形成的.基于EDX能谱分析了飞灰颗粒物的化学元素成分组成,认为沉积在祁连山冰川积雪中的飞灰主要分为3种类型,分别为"富Si类"、"富Fe类"和"富Ti类"颗粒物.总体上,"富Si类"和"富Fe类"颗粒占了球形飞灰颗粒的绝大部分.这些不同组分的飞灰代表了污染物的不同生产活动来源,其平均粒径要相对大于雪层中自然来源的所有矿物粉尘颗粒物,反映了大气传输远距离中密度对粉尘颗粒的重要性.结合NOAA Hysplit气团后向传输轨迹分析认为,中亚地区和我国新疆地区城市、及研究区周边的工业燃烧物通过大气传输是祁连山老虎沟12号冰川积雪中飞灰颗粒的主要可能来源.     

东亚沙尘分布、源汇及输送特征的模拟研究

采用全球气溶胶模式(GOCART)模拟结果,讨论了东亚地区沙尘气溶胶时空分布、排放与沉降以及区域输送特征.结果表明,中国境内沙源主要位于塔克拉玛干沙漠、河西走廊及河套地区.排放强度春季最大,夏季和秋季逐渐减小,冬季最弱,且强度逐年减弱,区域年平均排放为581Tg/a.模拟的沙尘光学厚度(AOD)分布与卫星观测具有很好的一致性,其中塔克拉玛干沙漠AOD大值与沙尘暴活动密切相关,其出现时间最早,持续时间最长.区域平均而言,干沉降和湿沉降可以分别清除77%和22%的沙尘排放,其中沙尘源区干沉降起主导作用,远离源区的东北及西北太平洋,湿沉降更加重要.沙尘大粒子主要通过重力干沉降移出,而湿沉降对小粒子贡献超过60%.重力干沉降全年(特别是春季)起主导作用,对流降水湿沉降在夏季作用显著增强,总体来说,沙尘总沉降速率逐年减小.东亚沙尘气溶胶通过3条输送带自西向东传输,可以影响我国华北、华中和华南.对散度的研究表明,气溶胶平流项对沙尘源区气溶胶辐散作用较大,沙尘排放显著影响该地区沙尘的输送和AOD;而塔里木盆地西侧沙尘辐合中心是风场辐合辐散项导致的,说明地形和风场对该地区沙尘输送和AOD很重要.     

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.     

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.     

沙尘暴期间上海市大气颗粒物元素地球化学特征及其物源示踪意义

采集了2009年10月～2010年10月上海市普陀、闵行、青浦这3个区的大气颗粒物(包括沙尘暴期间),并在南通、郑州、西安、北京等沙尘暴输沙沿途城市追踪采集春季大气颗粒物样品,运用XRF及ICP-MS分别测试了样品的主量及稀土元素含量.闵行、普陀、青浦区这3个区的大气颗粒物的化学组成非常相似,表明样品物源相似.将主量元素数据UCC标准化显示,沙尘暴样品主量元素含量较非沙尘暴样品更接近于黄土,可能主要来源于西北内陆地区,部分为局地源物质.北方各城市沙尘暴样品的稀土元素配分模式一致,且与黄土相似,说明沙尘暴样品物质来源与黄土接近,以壳源物质为主,说明非沙尘暴样品与沙尘暴样品和黄土物质来源不同,有非壳源物质的混合.     

城市区域近地表灰尘及重金属沉降垂向季节变化

随着城市高层建筑的出现,人类日常生活的垂向空间范围逐渐向上延伸,近地表灰尘及重金属沉降垂向分布的季节特征值得关注.本研究分别在春、夏、秋、冬四季采集贵阳市某生活-文教区近地表不同空间高度平台上的灰尘样品,分析灰尘沉降通量及灰尘中Ca、Fe、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量,探讨灰尘沉降通量及元素含量随空间高度的变化,揭示区域近地表灰尘及重金属沉降垂向分布的季节变化特征.结果表明,空间高度灰尘沉降通量季节变化总体上表现为冬季灰尘沉降通量最大,春季次之,夏季最低;冬季灰尘沉降通量沿垂向空间高度的分布差异最大,其次是夏季,春秋两季灰尘沉降通量垂向空间差异较小;季节变化对低层空间平台灰尘沉降通量影响大于高层空间;春季灰尘中元素含量最高,秋季灰尘重元素含量相对较低;元素含量随时空变化最大的是Zn,变化较小的是Ca.冬、春季节大气逆温层可能是灰尘沉降量和Pb、Zn等元素含量升高的原因之一.     

Dry deposition of PM10 over the Yellow Sea during Asian dust events from 2001 to 2007

Dry deposition velocities and fluxes of PM10during Asian dust events over the Yellow Sea from 2001 to 2007 were investigated using observation data in Qingdao, China and Jeju, Korea. The dry deposition velocities of PM10 during dust events over the Yellow Sea ranged from 0.19 to 8.17 cm/sec, with an average of 3.38 cm/sec. Dry deposition fluxes of PM10during dust events over the Yellow Sea were in the range of 68.5–2647.1 mg/(m2·day), with an average of 545.4 mg/(m2·day), which is 2–10 times higher than those reported by other studies for both dust and non-dust periods. It was estimated that 2.6 × 1011–48.7 × 1011g dust particles deposit to the Yellow Sea during dust events through dry deposition every year. Compared with the results in previous studies, it was found that the dry deposition of PM10over the Yellow Sea during dust events in the years with high frequency of dust could account for a large or overwhelming fraction of the annual total dry deposition. Backward air mass trajectory analysis showed that dust events influenced Jeju mainly originated from the desert regions located in Mongolia and Inner Mongolia, China. There were 119 backward trajectories influenced both Qingdao and Jeju during 15 dust events from 2001 to 2007, accounting for 61.3% of the total trajectories of 194, indicating that Qingdao and Jeju were usually on the same pathway of dust transport downwind from source areas.     

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.     

喀斯特城市和森林地区大气降尘量的时空差异

本研究对喀斯特城市贵阳和自然保护区荔波的大气降尘进行分时段采集,采样时间为2009年5月至2010年3月,并统计了各时段内的大气降尘量。结果表明:贵阳的日均大气降尘通量为104mg/(m2·d),远高于荔波11.5mg/(m2·d)的日均降尘通量。受人为活动的影响,贵阳降尘量的季节性差异比荔波地区显著,冬春季节的降尘量高于夏秋季节。大气降尘量与同期的降水量和降水天数之间存在负相关关系,表明除了人为活动外,降水是影响贵阳地区大气降尘的关键因子。     

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.      

贵阳市不同空间高度灰尘和重金属沉降通量

采集贵阳市不同空间高度灰尘样品,分析灰尘及其中常量元素Ca和Fe、微量有害重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的沉降通量随空间高度的变化,通过引进灰尘沉降量,结合灰尘中微量有害重金属含量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法评价不同空间高度灰尘重金属导致的环境风险.结果表明:灰尘沉降通量随着楼层增高而减小;不同楼层灰尘元素含量变化差异不大,Fe、Cd、Cu、Ni、Pb元素含量在不同空间高度上随楼层增高而增大,而Cr和Zn元素是随着楼层增高而减小; 8种元素沉降通量分布总体趋势是随楼层的升高,沉降通量降低,尤以Ca、Cr和Zn表现最为明显;引进灰尘沉降量评价灰尘重金属导致的环境风险显示1~3层和7层环境风险较高,4~6层灰尘重金属导致的环境风险较低,Cd、Cu、Pb和Zn是主要风险元素.     

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.