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.      

沙尘天气过程对北京空气质量的影响

利用气象、沙尘暴特种观测以及环境监测等多种资料,对2010年3月19─22日沙尘天气过程的大气结构、沙尘源地和垂直水平输送条件以及北京近地层气象要素、空气质量的变化特征进行了分析. 结果表明:这次强沙尘暴天气过程是由冷空气短波槽快速东移南下、地面冷锋明显发展东移造成的;前期沙尘源地土壤湿度的减小为起沙提供了有利条件,同时低层存在的较强西北气流将从源地卷起的沙尘输送到下游地区;沙尘发生时,20 m气层内风速迅速增大,气层内垂直方向风速梯度也逐渐增大,相对湿度急剧降至20%～30%之间;受这次沙尘天气影响,北京地区ρ(TSP)以及10个区县的ρ(PM10)均迅速增加,空气质量达到重污染.      

塔克拉玛干地区春季沙尘演变及气候因素分析

利用塔克拉玛干地区18个气象台站的观测资料,分析了该地区1961～2005年春季沙尘暴发生和演变规律,并分析了降水、温度、风速、起沙风(≥5m/s)日数等气象条件的变化特征及其对沙尘暴发生的影响.结果表明,塔克拉玛干地区除轮台、巴楚、塔什库尔干外,其余15个台站的沙尘日数呈现出明显的逐年递减趋势,其中11个台站减少显著.该地区冬季、春季降水和温度呈增加趋势,而春季平均风速则不断减小,起沙风日数也呈现出显著的减小趋势.沙尘源区的平均风速和起沙风日数与沙尘日数的相关系数分别达到0.662和0.674,呈显著的正相关(P<0.01),表明大风是引起沙尘暴的直接原因.沙尘日数与春季和冬季降水相关系数分别为-0.589和-0.274,与春季降水呈显著的负相关(P<0.01),而与冬季降水的相关性不显著,说明春季降水对该地区的沙尘暴有直接的抑制作用,而冬季降水对春季沙尘暴的影响不大;春季和冬季平均平均气温与沙尘日数呈不显著负相关,表明冬、春季节的气温变化对春季沙尘暴的影响有限.     

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.     

西北地区气候因素与北京市沙尘天气的关系研究

利用西北地区气象台站资料以及北京市沙尘天气资料,根据西北地区的气候状况对气候影响指数进行了一定的改进,分析了西北地区气候因素与北京市沙尘天气的关系.结果表明,在2001~2010年10年间,受全国沙尘天气过程的影响,北京市在2001、2002和2006年的沙尘天气日数均超过了30d,其中在2001年全年沙尘天气日数达到了39d;西北地区D指数年平均值的高值区位于盆地和沙漠地带,春季平均值最高,为2.0,冬季次之,为0.9,夏季为0.8,秋季最小,为0.59;在D指数与沙尘天气的相关性分析中,宁夏地区的相关性系数平均值为0.84,甘肃地区相关性系数为0.82,陕西为0.81,青海为0.78,新疆为0.74,内蒙古地区为0.72;西北和北路传输路径对北京市沙尘天气的影响更大,毛乌素沙漠与黄土高原交界地以及内蒙古浑善达克沙地附近地区气候影响指数与沙尘天气日数呈现显著正相关,相关性系数达0.9,该地区气候对于北京市沙尘天气的发生有较大的影响.     

河西走廊东部冬春季积雪对沙尘天气的影响

利用河西走廊东部5个气象站1961─2007年逐月积雪深度、积雪日数和沙尘天气的常规观测资料,分析了河西走廊东部冬春季积雪深度、积雪日数和春夏季沙尘日数的时空变化特征,进而探讨河西走廊东部冬春季积雪与春夏季沙尘天气的关系. 结果表明:受海拔高度、地理位置以及天气系统等影响,河西走廊东部积雪从东南向西北递减,高海拔地区的积雪多于低海拔地区;沙尘日数从西北向东南递减,低海拔地区的沙尘日数明显多于高海拔地区. 河西走廊东部冬春季积雪与春夏季沙尘日数呈显著负相关. 积雪深度与沙尘日数的负相关性高于积雪日数与沙尘日数的负相关性;冬春季积雪对春季沙尘的影响大于对夏季沙尘的影响;山区积雪与沙尘日数的相关性高于平原区积雪与沙尘日数的相关性.      

内蒙古地区沙尘天气频率及其影响因素分析

基于内蒙古中西部地区45年（1961～2005年）的气象资料、沙尘暴资料,讨论内蒙古中西部地区沙尘暴频率变化趋势和气候动力因子对沙尘暴频率的影响。利用风速、降水量、蒸发量、相对湿度、大风日数等基本气象资料,建立新的影响沙尘天气的气候影响指数D模型,该模型不仅考虑影响沙尘暴的动力条件,而且也把影响沙尘暴发生的下垫面稳定情况纳入模型,所模拟的结果更趋近于现实。对各气象站计算的结果显示,气候影响指数D模型与沙尘天气频率有很好的线性关系,这种线性关系具有明显的区域特征。     

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。      

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.     

呼和浩特地区沙尘污染的环流特征分析与预报

呼和浩特地区每年发生多次大范围的沙尘天气污染,给交通运输、生态环境和人类生产生活带来诸多不利影响,尤其近年来, PM 2．5,PM 10已成为全社会关注的焦点,沙尘污染已引起社会与政府的高度关注。因此,对沙尘天气的分析与预报就显得尤为重要。本文对2002年至2011年近10年呼和浩特地区的沙尘污染下的天气环流特征进行了统计分析,并且进行了诊断分析,研究结果表明呼和浩特地区沙尘天气的气候特征是：年平均沙尘日数在27天以上,且大部分的沙尘污染源为系统性的外来沙尘,其余的为局地沙尘污染来自城市开发区域的地表裸土与建筑沙石;环流特征是：当北太平洋地区副高位势高度偏低,青藏高原至新疆500hPa高压脊异常偏强,亚洲大陆中高纬高度场较常年偏高时,呼和浩特市沙尘日数偏少。当春季太平洋海温表现为反厄尔尼诺（厄尔尼诺）典型态时,同期沙尘日数偏多（少）,反之亦然。通过对典型环流背景下沙尘暴的数值模拟和诊断分析,找出沙尘天气的预报着眼点：沙尘暴发生在不稳定的大气层结中,伴随有能量的积聚和释放,随着地面蒙古气旋及冷锋的强烈发展,中尺度切变线触发了沙尘活动。 MODIS卫星也对沙尘有一定的预报监视作用。     

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 .     

长治市沙尘天气污染特征及传输路径解析

以2018年3次沙尘天气为研究对象,分析了PM_2.5和PM₁₀浓度、水溶性离子组分、气象条件和气溶胶光学特征,研究了长治市沙尘天气的典型污染特征和传输路径.结果表明：长治市2018年共8d为受沙尘天气影响日,其中4月份最多（5d）,这与春季大气环流调整,冷暖空气活动频繁有关.沙尘污染发生前一般受西方或西北方冷空气影响,大气层结不稳定,大气环流转为经向环流,平均风速达4m/s以上;沙尘污染过程中PM_2.5/PM₁₀均低于0.3,环境空气中粗颗粒物占比较大,水溶性离子总浓度在PM_2.5中占比下降,Ca²⁺浓度为沙尘污染发生前的4倍以上.冬季沙尘为近地面扩散传输,春夏季沙尘为高空沉降传输,影响范围大,区域传输贡献明显.长治市沙尘重要潜在源区为蒙古国、哈萨克斯坦中部和新疆中北部的荒漠地区,传输路径主要为西北路径和正北路径,其中西北路径为哈萨克斯坦—新疆中北部—内蒙古西部—长治以及新疆中北部—内蒙古西部—长治两条路径,正北路径为蒙古国—内蒙古中部—山西北部—长治.     

长治市沙尘天气污染特征及传输路径解析

以2018年3次沙尘天气为研究对象,分析了PM_2.5和PM₁₀浓度、水溶性离子组分、气象条件和气溶胶光学特征,研究了长治市沙尘天气的典型污染特征和传输路径.结果表明：长治市2018年共8d为受沙尘天气影响日,其中4月份最多（5d）,这与春季大气环流调整,冷暖空气活动频繁有关.沙尘污染发生前一般受西方或西北方冷空气影响,大气层结不稳定,大气环流转为经向环流,平均风速达4m/s以上;沙尘污染过程中PM_2.5/PM₁₀均低于0.3,环境空气中粗颗粒物占比较大,水溶性离子总浓度在PM_2.5中占比下降,Ca²⁺浓度为沙尘污染发生前的4倍以上.冬季沙尘为近地面扩散传输,春夏季沙尘为高空沉降传输,影响范围大,区域传输贡献明显.长治市沙尘重要潜在源区为蒙古国、哈萨克斯坦中部和新疆中北部的荒漠地区,传输路径主要为西北路径和正北路径,其中西北路径为哈萨克斯坦—新疆中北部—内蒙古西部—长治以及新疆中北部—内蒙古西部—长治两条路径,正北路径为蒙古国—内蒙古中部—山西北部—长治.     

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.     

沙尘天气对我国北方城市大气环境质量的影响

采用2001—2006年沙尘天气的统计数据以及城市空气污染指数(API),分析了沙尘天气对沙尘源区和影响区代表城市的空气质量影响,并分析了2005—2007年兰州和北京春季沙尘天气与非沙尘天气下气溶胶光学厚度与波长指数的变化特征.结果表明:近些年沙尘天气呈先减少后略微增加但总体呈缓慢下降的趋势;春季沙尘天气加重了城市大气污染,对沙尘源区内代表城市的影响超过了区域本底污染指数的50%,使兰州、银川、呼和浩特和包头的春季非沙尘天气API平均值分别增加了64%,53%,86%和90%;使影响区内代表城市,如北京、天津、太原、石家庄、沈阳、济南、西安和郑州的春季非沙尘天气API平均值分别增加了85%,62%,49%,57%,29%,41%,27%和45%;沙尘天气使城市大气气溶胶光学厚度升高,气溶胶波长指数降低.      

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.     

北京秋季一次先污染后沙尘现象成因分析

利用卫星监测资料、气象站的观测资料和北京市环境保护监测中心的PM₁₀监测资料,通过对天气图进行分析,对发生在2000-11-01—07这一污染天气过程的成因和性质进行了解析。结果表明:在此期间PM₁₀呈现准正态分布。污染过程由2个性质完全不同的阶段构成:第一阶段(11月1—3日)属于雾型污染,污染物是SO₂,NO₂等经过化学转化而成的硫酸盐和硝酸盐微粒;第二阶段(11月4—7日)属于沙尘型污染,该阶段的污染物是受上游沙尘天气影响而形成的黄土、浮尘。这2个阶段的气象过程及天气形势也完全不同,沙尘暴爆发前(前一阶段)的天气受均压场控制,呈现双层逆温结构,相对湿度较大;沙尘暴期间(后一阶段)的天气受高压前部西北气流控制,相对湿度大幅度下降,空气干燥度从地面到高空基本一致。      

沙尘天气发生频率对大气能见度方差的影响研究:以北京及其沙尘过往路径典型站点为例

利用1971～2000年北京及其沙尘过往路径典型站点日能见度和各种沙尘天气发生日资料,分析了沙尘天气发生频率与能见度方差的关系.发现当沙尘天气频率减少(增加)1次时,能见度方差就偏强(偏弱)1个标准差.沙尘天气发生频率对日能见度变率的影响主要是通过风速的高频变率实现的,当风速变率偏强(偏弱)1个标准差时,沙尘天气发生频率增强(减弱)约30%,近地面风场的高频变率影响了沙尘天气的产生,从而影响日能见度方差的波动.异常低能见度事件(日能见度距平<-2σ,σ为各站各日能见度距平的标准差)频次与能见度方差之间存在显著的正相关性.风速距平频次增加,使得沙尘天气发生频次增加,从而导致低能见度事件频次上升;反之,异常低能见度事件下降.浮尘、沙尘暴和扬沙与低能见度事件的相关程度是不同的.     

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。