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.     

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.     

粘土矿物比率对沙尘源区的指示

为了探讨中国北方沙尘源区矿物组成特征并建立沙尘气溶胶的矿物示踪指标,在亚太地区气溶胶特征实验(ACE-Asia)期间对新疆阿克苏、甘肃敦煌、陕西榆林和内蒙古通辽沙尘气溶胶的矿物组成进行了研究.结果显示,中国主要沙尘源区沙尘气溶胶中高岭石与绿泥石的比率存在明显差异,西部沙尘源区(以阿克苏站点为代表)高岭石与绿泥石的比值较小(平均值为0.3),而北部沙尘源区(以榆林站点为代表)高岭石与绿泥石的比值相对较高(平均值为0.7).沉降区长武尘暴样品的粘土矿物比率和气团轨迹分析证实,在区域范围,高岭石与绿泥石的比值为较好的沙尘源区矿物示踪指标.而亚洲沙尘与撒哈拉沙尘的对比显示,高岭石与绿泥石的比值在全球范围有着沙尘源区指示的意义.     

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.     

我国北方地区沙尘天气特征及源区示踪

沙尘天气会对全球气候、生态环境与人类健康造成严重影响与危害。我国沙尘主要发生于北方,尤其是内蒙古、宁夏、陕西、河北、北京、天津、辽宁、吉林、河南等地,给交通运输、环境治理、人们日常生活和工作带来了不利影响。沙尘源区的确定,一方面有助于更深刻地认识沙尘形成、迁移、沉降的行为机制,另一方面可以为沙尘天气的预防与治理提供可靠的理论依据,因此近年来逐渐成为研究热点。本文综述了目前国内外关于沙尘源区的示踪方法,包括传统地面监测法、卫星遥感监测法、元素地球化学方法与同位素示踪法,总结了各种方法的优势与存在的不足,并对未来对沙尘源区的研究进行了展望。     

内蒙古阿拉善盟沙尘源区域动态发展现状

2002年,应用RS、GIS高新技术遥感手段和美国大型图像处理软件ERDAS,对全盟生态环境现状进行1996年、2000年、2002年度定量动态对比监测;应用arc/info v8.0建立生态环境现状本底数据库.定量动态对比监测GIS数据结果显示:阿拉善盟沙尘源区域荒漠化问题继续存在,沙漠、戈壁面积在继续增加,草地覆盖度下降,导致地表裸露程度增强,沙尘源物资增多,草场生产力不足;梭梭林面积减少,乔木林演变为灌木林;腾格里沙漠和乌兰布和沙漠扩大速度较快;动态分析表明沙漠治理速度尚赶不上沙漠扩大速度,全盟"握手"沙年度间呈较快扩大趋势.     

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.     

内蒙沙尘(暴)源区分析及防治对策

本文论述了内蒙地区沙尘和沙尘暴主要源区及防治对策.     

北京市基于PM10/CO关系的可吸入颗粒物自然源解析

通过详细分析北京市大气污染物多年(2000～2004年)的连续监测数据,建立了一种简便易行的大气颗粒物源解析方法.根据PM10与CO来源差异及不同时期PM10/CO比值的变化,推导出大气颗粒物的自然源贡献率.通过研究PM10、CO等大气污染物的年变化规律,发现PM10与CO等气态污染物浓度具有一定线性关系,且该线性关系存在明显季节变化,自然源贡献较少的秋冬季节二者的线性关系较好,而沙尘影响较重的春季线性差.建立了理想条件下冬季PM10/CO比值基准,并视其为城市人为源排放基准.冬季当PM10/CO比值大于该基准时,可以认为PM10有自然源贡献,比值越大,自然源贡献越多.根据冬季PM10/CO基准值和整个冬季PM10/CO比值变化情况,推算出2003年和2004年冬季自然源对PM10平均贡献为19%～23%;应用相同方法得到夏季PM10自然源平均贡献率为24%～28%;自然源年均贡献率为29%～35%,高于冬季和夏季,这主要是由于春季沙尘贡献量较大造成的.通过北京市大气污染物的源解析结果可以认为此方法准确有效.     

彭佳屿岛春季TSP中痕量金属组成及其来源解析

通过大气环流向海洋大气边界层传输的人为源和陆源物质,明显改变了海洋气溶胶中痕量金属的组成.但基于开阔海域岛屿连续观测研究海洋气溶胶中痕量金属元素组成及其来源的研究较少.2010年3—5月在我国台湾北部东海海域彭佳屿岛采集了60个TSP（总悬浮颗粒物）样品,采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了19种痕量金属（Al、Fe、Ti、Y、Mn、Ba、Sr、Co、Cr、V、Ni、Tl、Zn、Sn、Pb、As、Cd、Sb、Se）的质量浓度.基于TSP中Al浓度、气团后向轨迹分析和美国国家宇航局CALIPSO卫星星载激光雷达扫描图像,将采集的TSP分为非沙尘TSP（不受沙尘影响的TSP）和沙尘TSP（受沙尘影响的TSP）.沙尘TSP中所有痕量金属的浓度都高于非沙尘TSP,表明沙尘对彭佳屿岛TSP中痕量金属有贡献.结合富集因子、相关性分析和PMF模型研究结果表明,彭佳屿岛春季非沙尘TSP中Al、Fe、Ti和Y主要来源于地壳矿物,Mn、Ba、Sr、Co和Cr同时受地壳矿物和人为源的影响;沙尘TSP中Al、Fe、Ti、Y、Mn、Ba、Sr、Co和Cr主要来源于地壳矿物.V和Ni在彭佳屿岛春季非沙尘TSP中主要来源于燃料油燃烧,而在沙尘TSP中同时受燃料油燃烧和地壳矿物的影响.非沙尘TSP和沙尘TSP中,Tl、Zn、As、Sn、Pb、Cd、Sb和Se的来源相似.Tl主要源于交通和煤燃烧,Zn、Sn、Pb、Cd和Sb同时来源于交通、煤和燃料油燃烧,As主要来源于煤燃烧,Se则主要来源于煤和燃料油燃烧.研究显示,人为源释放到大气中的Tl、Zn、As、Sn、Pb、Cd、Sb和Se可以通过大气环流长距离传输至开阔海域.      

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑积沙区的植被分带性

呼伦贝尔沙质草原现代风蚀坑主要包括平缓草地的简单风蚀坑、复合风蚀坑和固定沙丘的简单风蚀坑3种类型。坑后积沙区植被出现明显的分带性,且随风蚀坑及其下风侧积沙体的形态、尺度而发生变化。在平缓草地简单风蚀坑下风侧积沙体平面形态呈顺风向的舌状,由坑口至原生草地,随积沙厚度顺风向减小,依次出现沙蓬、冰草和百里香3个植被带;平缓草地复合风蚀坑后缘形成具有滑落面的大型流动沙丘,在沙丘背风侧顺风向依次出现舌状裸沙带、舌状拂子茅带及两侧的冰草带;固定沙丘风蚀坑坑后积沙呈裸沙形式穿越沙丘原有的山刺玫和小叶锦鸡儿两个灌木带,并在裸沙带外围形成舌状拂子茅带。风蚀坑下风侧积沙区植被的分带性反映了草地植被对风沙活动的响应,即随着坑后积沙体的扩大,草地植被由原生向沙生逆向演替。     

毛乌素沙地土地利用/覆被变化对草地土壤物理、化学和矿物学性质的影响

In arid and semiarid regions, cultivation and shrub invasion are two important factors to impact grassland. However, there are few studies to compare the effects of cultivation and shrub invasion on soil physical, chemical and mineralogical properties. In this study, three sampling sites, which respectively represent the native grassland, cultivated grassland (farmland), and shrub invasion of grassland (shrub land) in Mu Us sand land, were selected and soil samples were collected and measured for soil particle size distribution (PSD), soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN) and total phosphorous (TP) concentrations, and relative percentages of mineralogical components. Results showed that cultivation and shrub invasion significantly altered the soil PSD, soil C, N and P concentrations and pools, and the relative percentages of soil mineralogical components of the grassland ecosystems. Grassland cultivation and shrub invasion significantly decreased the contents of silt and clay. Moreover, the land cover change from grassland to farmland or shrubland significantly resulted in soil organic carbon, total nitrogen and soil carbonate loss. In this study, we found that grassland cultivation resulted in more sand accumulation and more soil C and N losses than shrub invasion, which indicated that grassland cultivation was stronger than shrub invasion to accelerate soil desertification in Mu Us sand land.     

中国草地主要生态环境问题分析与防治对策

采用20世纪80-90年代的文献资料及调研数据,分析了我国草地主要生态环境问题.结果表明:我国退化草地、鼠害草地面积呈不断扩大趋势,10年间我国西部主要牧区退化草地面积与鼠害草地面积分别增加了529.1×104和1 437.5×104 hm2;草地质量持续下降,生态承载力降低,超载现象越来越严重;草地生态功能下降,沙化草地已成为重要的沙尘源区.在此基础上,提出了从全流域(区域)的角度进行草地退化治理、紧急启动区域性的草地生态环境保护规划、改变草地生态保护资金投入机制、改善人与自然的关系等我国草地生态环境退化的根本性防治措施.      

沙尘暴产生的环境管理体制根源分析及对策研究

以在内蒙古锡林郭勒盟和浑善达克沙地所做的实地调研为基础,对沙尘暴产生及治理环节中的政策和体制问题进行了探讨.分析表明,政策和体制问题才是沙尘暴问题的根源所在:以"自给自足"为核心目标的农业政策与环境政策的不协调和草地资源的公共产权是造成草地退化的诱因,在沙尘暴的治理中存在的责任机制不当、生态建设投资机制不当、草原建设管理缺位以及草原生态环境监管低效等政策和体制中存在的缺陷是沙尘暴无法得到有效控制的根本阻力.提出首先要通过协调农业和环保政策、实施可持续贸易,从源头上减少对资源的需求,从而预防沙尘暴的产生;其次要重点从明确职责和加强基层环保力量入手,提升沙尘暴的治理能力.     

锡林郭勒草原荒漠化气候因素分析

利用1961-2006年锡林郭勒草原年、季、月降水量、平均气温、沙尘暴日数等气象资料,针对锡林郭勒草原荒漠化的现状进行分析。在气候变暖背景下,研究锡林郭勒草原干旱发生的规律及其成因,分析其带给锡林郭勒草原荒漠化的影响,得到以下结论：1．锡林郭勒草原沙化、荒漠化严重,沙化面积位居内蒙古自治区第一,荒漠化面积位居内蒙古自治区第二。2．锡林郭勒草原春夏季降水趋势存在准25a气候振动,年代际变化特征比较突出。干旱发生的频率较高。3．气候变暖给锡林郭勒草原干旱带来较大的影响。4．沙尘暴频发与干旱相互影响,同时对锡林郭勒草原草场生态资源产生一定的影响。5．生态环境恶化,导致大面积土地资源和生物资源丧失。恶化的生态环境已经影响到了锡林郭勒草原社会经济的发展。     

内蒙古草原三化与防治措施及成效

针对内蒙古草原退化、沙化、盐渍化(简称为草原三化)现状和变化状况,分析了治理草原三化的主要技术措施及其成效.草原三化主要由于开垦和多年超载过牧,加上1999年以来全区连续三年干旱和虫害,至使草原产量、盖度大幅度减少,草原三化加剧,草原生态环境严酷,受到社会各界的重视和关注.近几年,国家高度重视,加大了对草原监管及草原保护建设的力度,内蒙古各级政府有效的执行了草原管理和保护政策,采取了多种综合治理措施.由于降雨量的改善和草原建设项目及政策措施的实施,天然草原植被正在恢复当中,草原整体上向好的方面发展.     

青海省塔拉滩草原利用方向探讨

青海省共和县塔拉滩是一个平坦开阔的大草原，近４０多年来一直有宜农与宜牧之争。本文就此，从３个方面作了重点论述：垦滩种粮的后果严重；超载过牧也有潜在生态危机；最佳出路是将根治沙源与合理利用草原结合起来，发展季节畜牧业，走一条治用结合、滩谷互补、农牧业相互促进的道路，建设一个新型草原。     

不同土地利用方式下土壤有机质分子组成变化的整合分析

利用生物标志物研究土壤有机质（SOM）分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳（SOC）的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度上农田、草地和森林这3种土地利用方式下有机质分子组成（游离脂质、角质、木栓质和木质素）的变化.结果表明,不同土地利用方式下有机质分子组成有明显差异,森林土壤游离态脂类（烷烃、烷酸、烷醇和环脂）、角质和木质素酚含量显著高于草地和农田,草地和森林土壤的木栓质含量无显著差异,草地木栓质与角质的比值最高,平均为2.96,农田和森林平均分别为1.68和2.21.农田土壤的丁香基的酸醛比（Ad/Al）_S和香草基的酸醛比（Ad/Al）_V最大,分别为1.25和1.58,显著高于草地（0.46和0.69）和森林（0.78和0.7）.且相关性分析结果表明,农田土壤中,木栓质与年均降雨量（MAP）和黏粒呈显著相关,角质与黏粒呈显著相关,木质素与年均温度（MAT）、MAP、砂粒和容重呈显著相关;草地土壤中,总游离脂质与MAP和容重呈显著相关,木栓质和角质均与MAT和MAP呈显著相关,木质素与MAP、pH、砂粒和容重呈显著相关;森林土壤中,仅木质素与MAP和砂粒呈显著相关.总体而言,3种土地利用方式下,森林土壤中有机碳和各分子组分含量均较高,草地土壤中植物根系对于土壤有机质的贡献更大,农田土壤中,由于人为耕作活动而加速了木质素的降解.未来研究应进一步关注土壤理化性质和气候条件对于有机质分子组成的调控.     

首都圈防沙治沙水土资源空间优化配置研究——以大兴、怀来、张北为例

首都圈是近年来北京沙尘暴天气日益严重的重要沙尘源区之一。研究区中大兴区代表的是华北平原北缘落叶阔叶林灌草丛典型区;怀来县代表的是桑干河、洋河盆地灌木草原典型区;张北县代表的是坝上高原西部干草原典型区。论文通过了解水土资源利用的变化情况,分析水土资源利用现状和存在问题;利用中国资源环境遥感数据库中的土地利用现状、中国1∶1000000土地资源图等数据,以水资源为最重要的限制因素,通过灰色线性规划模型,以防沙治沙和发展经济、实现区域可持续发展为目标,进行水土资源优化配置;结合不同区域水土资源利用的突出问题,将水土资源优化配置方案落实到空间;建立区域水土资源比较合理、有效利用的方案。大兴的重要措施是平原旱耕地转变为中覆盖度草地,怀来是陡坡地退耕,张北是提高草地的覆盖度。     

中国草地资源利用：生产功能与生态功能的冲突与协调

草地生态系统具有多功能性,既提供多种畜牧产品,同时也具有多样化的生态服务,诸如防风固沙、保持水土、维持生物多样性等。因此,健康的生态系统是生产功能与生态服务和谐并存的统一体。我国有各类天然草地 4×10⁸hm²,其中80%的草地主要分布在干旱、半干旱的北方地区,即主要分布在兴安岭-燕山-吕梁山-秦岭-西藏高原东缘一线以西的广大地区, 这一地区自然条件差,生态系统脆弱。因此,草地生态系统具有保障北方地区畜牧业发展和维护我国生态安全的双重角色。1949年以来,我国草地资源利用中由于长期追求生产功能最大化,忽视了对生态功能和服务的养护,造成生态系统退化,从而影响生态服务的发挥,导致了生产功能与生态服务的冲突。一是在突出生产功能的政策导向下,片面追求草地生产功能最大化,导致大量优质草地被大面积开垦,天然草地资源缩减,出现结构性和功能性的生态退化,生态服务功能受到显著损害。二是由于生产要素投入不足,使得草地系统输出和输入不平衡,难以维持正常的物质和能量循环过程,从而导致生产功能与生态功能的冲突。这主要是由于草地资源是我国的公共财产资源,即使实行草地承包制度后,所有权和使用权的分离,加上缺少政策制度的约束,因此形成了牧民对草地资源的掠夺式利用。三是我国畜产品生产需求增长与生态功能保护需求的矛盾愈加突出。在草地资源开发利用中“重用轻养”的失误既阻碍了我国草地畜牧业的现代化进程,更加剧了我国草地生产功能与生态服务的冲突。所以,在我国人口趋多,耕地趋少,粮食趋紧、畜产品消费趋增的态势下,充分利用占国土面积41%的草地资源,建立生态保护约束下的草地资源利用模式,协调草地生态系统的生产功能和生态服务关系,是解决我国耕地资源不足、维护我国生态安全的重要途径。