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.     

我国春季沙尘暴研究

 利用GMS卫星遥感资料，结合地面气象观测资料和中尺度每小时数值模拟，对1998年4月和2000年4月发生的强沙尘大气演变过程进行了详细的分析，初步确定了影响我国的沙尘暴起始源地，并将我国的沙尘暴天气划分为U变化型（停滞型）和移动型（锋面气旋型等）．详细分析了低涡型沙尘暴和东北低涡型沙尘暴的发生、发展的宏观机制     

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.     

北京市沙尘暴天气大气气溶胶酸度和酸化缓冲能力

2000年春季,北京市先后出现12次沙尘暴天气.本研究捕捉到2次沙尘暴天气,分析了沙尘暴天气和非沙尘暴天气TSP、PM₁₀的质量浓度、酸度和酸化缓冲能力.研究结果表明发生沙尘暴时大气气溶胶的污染水平极高,同时其酸度相对较低,对酸化有非常强的缓冲能力,因此沙尘暴天气时产生的大气气溶胶可以在一定程度上避免酸性降水的发生.     

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。     

特强沙尘暴灾害性天气的研究及展望

总结特强沙尘暴天气的研究进展,梳理分析特强沙尘暴天气的基本特征以及动力学触发机制,提出进一步的研究问题,以期加深对特强沙尘暴天气过程机理的认识.分析结果表明特强沙尘暴天气事件的季节性分布特征显著,春季居多,且多发生在下午到傍晚时段,其典型特征为突发性、局地性,持续时间相对较短,对局地的大气环境质量短时产生重大影响.旺盛的地面混合层热对流胞运动和中尺度（反）气旋性涡旋过境是特强沙尘暴天气出现的必要条件.在沙尘源区,由于午后近地层温度升高,热对流加剧,近地层热层结极不稳定,易形成地面混合层热对流胞运动;沙尘源区的热对流胞与混合层上部的中尺度（反）气旋性涡旋耦合作用,涡量通过热对流胞下传促使近地层层结内的热对流胞发展成群发性旋转对流胞,特强沙尘暴天气出现.进一步理解特强沙尘暴的风沙流特征及能量快速耗散机制,提高预测预警能力,需要加强特沙尘暴的气象观测数据积累和多尺度数值模拟.     

基于GRAPES模式佛山市臭氧污染气象指数的构建和预报

选取2017—2018年佛山市空气质量监测资料、地面气象观测资料和ECMWF再分析资料,得到对臭氧污染天气具有指示意义的气象因子,从GRAPES模式可预报性出发构建适用于佛山市干季和湿季的臭氧污染气象指数（OWI）,并对OWI进行预报评估检验.结果表明：干季地面气象要素对区分佛山市臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往气温高、地面为弱北风;850 hPa风速较小,高空主要受副热带高压影响.湿季高空气象要素区分臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往850 hPa风速较小,850 hPa与地面风场垂直切变较小,多数情况下500 hPa呈辐散形势或700 hPa为下沉运动.综合考虑上述要素构建的臭氧污染气象指数可较好地反映臭氧浓度变化趋势,当OWI超过阈值（干季12.0、湿季10.8）时,出现臭氧污染事件的可能性较大,在湿季该指数区分臭氧清洁天气和污染天气的差异性较干季更显著.基于GRAPES模式预报的OWI与臭氧浓度实况呈正相关关系,相关系数在0.5～0.6之间,能较为有效地预判臭氧污染过程发生、发展和消散的不同阶段;其阈值具有较高的预报参考性,24 h预报性能尤为理想...     

和田绿洲沙尘暴物质输送路径及其对大气环境质量的影响

为了研究来自不同方向的沙尘暴对和田绿洲大气环境质量的影响，本文利用HYSPLIT后向轨迹模型和NCEP的GDAS全球气象要素数据，将和田绿洲西北部的墨玉县城作为模拟受点（37.26°N，79.72°E），计算2016年1月1日—2018年12月31日发生的每一次沙尘天气期间逐日18：00（世界时）36 h后向气流轨迹，轨迹计算起始高度设置为500 m，并结合相应的PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO、O₃浓度监测数据进行聚类分析，研究抵达该地区的沙尘暴的主要移动轨迹和污染物输送路径.同时，运用潜在源贡献因子分析法（PSCF）和权重污染轨迹分析法，分析了沙尘暴期间不同气流轨迹对墨玉县污染物浓度的影响，识别大气污染物的潜在源区，揭示不同源区对污染物浓度的贡献差异.结果表明，影响和田绿洲（墨玉县）的沙尘暴主要来自西北（WN）、北（N）、东北（EN）和东（E）4个方向；其中，来自东部的沙尘天气频率最高（60.2%），但主要以浮尘天气为主；扬沙和强沙尘暴主要来自西部方向，54.48%的强沙尘暴和38.53%的扬沙来自西和西北方向.不同沙尘源区和不同传输路径上的沙尘气溶胶对和田绿洲大气环境的影响不一样.沙尘天气期间，大气PM_2.5和PM₁₀的平均浓度相当于无沙尘天气期间的3~5倍，但对SO₂、NO₂、CO、O₃质量浓度的影响不大；由西向东和由北向南的沙尘暴对墨玉县PM_2.5和PM₁₀质量浓度的贡献率最大；由东向西的沙尘暴由于路过和田市和洛浦县等工业污染源区，此簇沙尘暴气团将该区域SO₂、NO₂、CO等污染颗粒携带到墨玉县，因此，东-东南（E-ES）方向的沙尘暴对SO₂、NO₂、CO的贡献率分别为15.56%、20.55%和21.57%.本文定量印证了沙尘暴对和田绿洲大气环境质量的影响，可为绿洲区沙尘暴研究提供参考.     

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。     

关于中国西北地区沙尘暴及其黄沙气溶胶高空传输路线的探讨

本文扼要叙述了在中国西北和华北地区经常出现的沙尘暴及黄沙气溶胶（黄沙浮尘）的发生源和移动路线,并对１９９３年５月５日甘肃地区发生的沙尘暴及由此而产生的黄沙天气作了说明。     

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.     

中国西北地区东部沙尘暴区划研究

利用西北地区东部98个气象站的沙尘暴日数、持续时间资料,采用经验正交分解(EOF、REOF)、滑动t检验、Mann-Kendall突变检验及小波变换,对其时空分布规律进行了诊断分析。结果表明:整个区域沙尘暴日数大致呈北多南少型分布;受大尺度气候异常的影响,全区一致的沙尘暴异常是该区域最主要的表现形式。西北地区东部沙尘暴日数空间异常可分为4个沙尘暴气候区:河西走廊—阿拉善区、鄂尔多斯—乌兰布和区、柴达木—茶卡寒旱区、陕甘宁黄土高原区。河西走廊—阿拉善区沙尘暴频次最高,陕甘宁黄土高原区频次最少;近40多年来西北地区东部沙尘暴日数呈减少的态势;沙尘暴日数在20世纪80年代中期到末期发生气候突变,突变起源于沙漠及相邻地区,并由外围沙漠区向中间地带传播。沙尘暴持续时间最长的不是高频区河西走廊—阿拉善区,而是鄂尔多斯—乌兰布和区,最短的也不在频次最低的陕甘宁黄土高原区,而在柴达木—茶卡寒旱区;沙尘暴高发的河西走廊—阿拉善区、鄂尔多斯—乌兰布和区,持续时间没有发生明显的突变,这两个区域20世纪80年代中期以后沙尘暴持续时间变率增大;90年代以后沙尘暴持续时间有增长的趋势。     

沙尘天气监测及指标界定探讨

对2008年和2009年丹东市沙尘天气的气象观测和环境监测结果进行了分析。气象部门通过观测水平能见度及风速来确定沙尘天气及等级,但不能测定沙尘天气出入境时间、沙尘浓度及降尘量,沙尘夜间袭来还可能漏测;环保部门还没有沙尘天气分级技术标准,对PM10低于0．6mg／m^3的沙尘天气还没有指标确认。应整合气象部门和环保部门的沙尘天气监测资源,监测沙尘天气出入境时间、级别和沙尘落入量,共同发布沙尘天气预警和预报。     

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.     

内蒙古地区沙尘暴时间分布特征及其沙尘气溶胶TSP浓度值

沙尘暴是我国北方地区尤其是内蒙古自治区较常见的一种灾害性天气,直接危害工农业生产、人民生活。本文就内蒙古地区沙尘暴的时间特征,沙尘气溶胶TSP浓度值进行了论述,并提出了减轻沙尘暴危害、减少沙尘暴发生次数的建议。     

Environmental characteristics of sandstorm in Minqin Oasis in China for Recent 50 years

IntroductionAsandstormis a kind of severe weather phenomenawhere strong winds blowa huge amount of sand and dust intothe air ,reducing the horizontal visibility to less than 1 km( Wang, 2003a) . It is not only an important process ofaccelerating land dese…     

阿拉善地区沙尘暴的统计分析和发生规律及防治对策

通过对阿拉善地区沙尘暴历史资料的分析和对该地区大气环境空气质量总悬浮颗粒物年变化规律及沙尘暴发生期间的TSP数据分析。统计分析了该地区沙尘暴形成规律 ,发生原因 ,追踪沙尘暴源地 ,提出有效防治对策 ,控制来自环境的沙尘源     

京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异

防风固沙功能是京津风沙源治理成效的关键监测指标。以往研究注重局地防风固沙功能的评估,对全区防风固沙功能的时空变化与内部差异揭示不足。基于京津风沙源区多期遥感数据,采用修正风蚀方程与GIS空间统计技术,评估分析了2000-2015年防风固沙功能的整体变化及其区域差异。结果表明:(1)京津风沙源区年均防风固沙量为28.98亿t,防风固沙能力为68.24 t/hm~2,且均随年份变化波动增加,年均增速分别为1.10%和0.71%;(2)京津风沙源区防风固沙能力呈西北高、东南低趋势,有49.06%的区域防风固沙能力高于70 t/hm~2,评估期内有54%的区域防风固沙能力明显提高;(3)浑善达克沙地亚区、典型草原亚区和荒漠草原亚区的防风固沙量累计为全区防风固沙总量的88%,燕山丘陵山地水源保护亚区和晋北山地丘陵亚区的防风固沙能力提升最显著;(4)锡林郭勒盟、赤峰市和乌兰察布市的防风固沙量合计占全区防风固沙量的77%,朔州市与包头市防风固沙能力较高,北京市与天津市防风固沙能力增速较高。因此,未来应重视分区施策治理与西部和北部防风固沙功能提升。     

沙尘暴对黄石市环境空气质量的影响及应对措施

2001年和2002年,黄石多次受到我国西北沙尘暴天气的袭扰,出现浮尘天气。利用空气自动监测系统对2002年3月21日和31日发生的沙尘暴对黄石环境空气质量的影响进行了分析,并提出应对措施。     

南京3类不同大气污染过程下气溶胶水溶性无机离子的特征研究

为了探讨不同大气污染过程下气溶胶中水溶性离子组分的差异,分析比较了2009年10月16～30日持续污染、2010年4月27～30日沙尘污染、2010年6月14日秸秆焚烧污染这3次污染过程中气溶胶（PM10、PM2.1和PM1.1）及主要水溶性离子（NH4＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋、K＋、NO2-、F-、NO3-、Cl-、SO24-）质量浓度及其谱分布.结果发现,3次污染过程中气溶胶污染严重,PM2.1/PM10比值有明显区别,其中沙尘污染过程最低,平均值仅为0.27;秸秆焚烧过程最高,为0.7.持续污染过程中NO3-和SO24-浓度较高,总阴离子质量浓度占PM10、PM2.1和PM1.1的18.62%、32.92%和33.53%.沙尘污染过程使气溶胶中的不溶物增加,总水溶性离子组分减少,仅占PM10、PM2.1和PM1.1的13.36%、23.72%和28.54%,而Ca2＋质量浓度高于其他时期,且主要分布在〉1μm粒径段上.秸秆焚烧过程中各种水溶性无机离子质量浓度均高于其他时期,但在气溶胶中比例较低;示踪物K＋明显高于其他过程.3次污染过程中NO3-、SO24-和NH4＋质量浓度峰值均在0.43～0.65μm粒径段.