青藏高原阶段性隆升对亚洲干旱半干旱区冬季粉尘循环的影响

粉尘是大气气溶胶的主要成分之一,对大气能量平衡起着关键作用。一般来讲,黄土高原（LP）粉尘主要来源于北方沙漠区,但有关中国东部及其周边地区粉尘来源的争论仍在继续。为此,本文对比分析了亚洲主要粉尘源区如中亚（CA）和中蒙（CM）粉尘循环对青藏高原阶段性隆升的响应,探讨了CA和CM粉尘排放对下游的贡献。利用美国大气研究中心（NCAR）最新发布的通用地球系统模式（CESM 1.0）,进行了改变青藏高原海拔高度为现在10%,20%,30%?…100%的9个数值试验。分析结果表明,随着青藏高原阶段性隆升中亚和中蒙干旱区冬季降水均线性减弱,与前人研究结果一致。青藏高原阶段性隆升阻塞西风环流使其减弱从而引起中亚粉尘释放减弱;而青藏高原阶段性隆升引起亚洲冬季风加强,促使中蒙粉尘释放加强,与中亚相反。模拟结果与地质记录对比进一步证实了中蒙粉尘源区对黄土高原、中国东部及临近区域粉尘沉降的贡献。     

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。     

沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输对东亚地区大气环境的影响

基于全球大气环流模式CAM3.1对2002—2003年模拟的全球沙尘气溶胶分布及其变化的评估,通过去除东亚沙漠(局地源)的敏感性模拟试验来分析北非、阿拉伯和中亚地区沙漠区(外部源)的沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区大气沙尘气溶胶的贡献.结果表明,受到大气沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输的影响,东亚以外沙尘源对青藏高原大气贡献率最大,对我国北方干旱半干旱地区大气贡献率最小,对中国南方地区和日韩及邻近的西北太平洋地区大气贡献率基本相当.东亚地区秋(冬)季大气受到东亚以外沙尘源的影响最弱(强).我国北方干旱半干旱地区近地层大气沙尘气溶胶的外源贡献率秋季最小(约5%),冬季最大(约30%).青藏高原冬季60%~80%的近地面大气沙尘气溶胶来自东亚以外的沙漠区,而在秋季则只有约20%~60%.外源对东亚大气沙尘气溶胶柱浓度和对近地面大气沙尘气溶胶的影响具有基本一致的季节特征,但对柱浓度的贡献率一般偏大10%~40%.沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区的影响主要集中在2~6 km的自由对流层.随对流层高度的增加东亚各地区外源贡献率均增加.青藏高原地区以年平均对流层沙尘气溶胶外源贡献率62%~81%成为东亚地区最大的影响区域.     

青藏高原东部黄土粒度分布的端元模型研究

为了探讨青藏高原东部黄土粒度指标蕴含的物源和沉积信息,运用参数化端元分析模型对青藏高原东部地区采集的大量表土和马兰黄土样品粒度数据进行了分解。结果得到五个Gen.Weibull分布端元,分别是:(1)众数粒径为1~2μm和7~9μm的远源端元,可能由高空西风搬运而来;(2)众数粒径为35~45μm和60~80μm中远源端元,可能主要由高原季风搬运而来;(3)众数粒径为180~560μm的砂粒组分端元,可能主要为近源和局地来源。因此研究区黄土为多物源、多搬运动力下的风成沉积物。进一步比较端元间的众数粒径、标准偏差以及含量占比的差异,揭示了沉积区的地理位置、地形地貌等环境因素差异对黄土沉积有重要影响。此外,研究区与邻近的黄土高原西缘黄土粒度端元的特征差异指示了青藏高原东部黄土在搬运动力、物质来源及其贡献方面与西部黄土高原明显不同。     

黄土高原东部大气降尘量的空间和季节变化

2012年,黄土高原东部未发生明显沙尘事件,降尘主要表现为常态化的非尘暴降尘.对2012年该区18个站点降尘量监测结果表明,研究区年均降尘量为89.27t/(km2×a),春季、夏季、秋季和冬季分别占全年的53.69%、22.45%、8.44%和15.42%;降尘量季节变化主要受风速影响,但高的降水量和NDVI指数也可以减少降尘量;在现代气候背景下,研究区各季节非尘暴降尘均主要为地方性粉尘,春、冬季降尘中远源粉尘含量相对较高,总体来说,黄土高原东部已很少接收西北干旱区的远源粉尘;与地质时期风尘通量相比,黄土高原现代降尘量表明现代气候可能处于间冰期较为暖湿的时期,并且倒数第2次冰期和末次冰期的整体气候环境可能类似于黄土高原西部现代3、4月份的气候,而倒数第2次间冰期和末次间冰期则类似于黄土高原东部现代5、6月份的气候.     

亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应

由中国科学院地球环境研究所牵头申报的国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项项目"亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应"获国家科技部批准立项。本文简要介绍了该项目的立项背景、研究意义、研究目标与课题分解、研究内容以及预期成果与效益。项目以亚洲风尘从源到汇的多尺度变化为主线,旨在阐明现代与地质时期亚洲风尘排放、迁移和沉降的时空变化特征及其影响机制,特别是自然因素和人为活动对亚洲风尘释放的相对贡献。基于风尘源区的现代气象观测数据、卫星遥感和大气再分析资料,并整合中亚干旱区、黄土高原以及北太平洋地区的风尘沉积记录,开展从源区排放到近距离迁移、远程输送与沉积的全过程研究。通过数值模拟研究风尘-气候的相互作用,揭示区域和全球大气环流对亚洲风尘循环的调制作用。同时,建立不同尺度亚洲风尘循环模型和时空变化数据平台,评估亚洲风尘对区域气候变化、生态系统和人居环境的影响,为我国生态环境治理和未来风尘变化的环境效应预估提供科学依据。     

新疆塔城黄土的形成

中亚黄土是研究区域古气候和古环境变化的重要载体。但是对于受到广泛研究的黄土 高原黄土来说,对中亚东部塔城黄土的报道较少。基于对塔城黄土粒度的系统分析,与伊犁盆 地黄土、典型黄土高原的黄土对比,我们发现无论是粒度频率曲线、粒度结构散点图、还是三 角图,塔城黄土与伊犁盆地清水河黄土较相似,而与黄土高原黄土不同,塔城黄土粒度频率分 布曲线为三峰分布,粒度组成比较分散,分选较差,细、中颗粒含量较少,主要以粗颗粒物质 为主,属近源风成黄土。结合当地地形和现代环流分析,我们认为中亚萨雷耶西克阿特劳沙漠 为塔城黄土提供主要的物源,盛行西风为粉尘的搬运提供足够的动力,向西开口的山间盆地地 形为粉尘的沉积提供有利的沉积中心,这三个条件的共同作用导致了塔城盆地厚层黄土的沉积。     

青藏高原隆升对我国西南地区气候的影响——从季风角度研究

青藏高原隆升作为新生代最重要的地质事件,对亚洲乃至全球气候演化产生了深刻的影响。我国西南地区因紧邻青藏高原、地形地貌复杂,该区青藏高原隆升的气候效应至今仍存在许多需要探讨的问题。本文通过整理总结青藏高原隆升与亚洲季风各子系统形成与发展的相关性,从季风的角度分析了高原隆升对西南地区气候的影响。主要结论如下：（1）对西南地区气候起控制性作用的东亚季风、南亚季风以及高原季风的形成与青藏高原的隆升密切相关。虽然东亚夏季偏南风在约22 Ma就因海陆差异形成,但冬季风却是在约7.2 Ma因青藏高原隆升才出现;南亚夏季风（西南季风）约在12 Ma因喜马拉雅山脉及临近山脉形成而出现,而其冬季风形成时间及原因与东亚冬季风相似,同样离不开青藏高原的隆升;高原季风形成的直接因素就是高原隆升,其约在36 Ma青藏高原主体隆升至约1500 m时才开始形成。（2）亚洲季风各子系统对西南地区的气候演变有重要影响。尽管东亚冬季风不能直接影响西南地区,但青藏高原隆升增强了海陆差异及其热源作用,在一定程度上扩大了东亚夏季风的影响范围,并给西南地区带来水汽;南亚冬季风使得西南地区变得相对寒冷干燥,而南亚夏季风因青藏高原的隆升得到进一步加强,其通过形成南北向的水汽通道成为西南地区温暖湿润气候的主导者;高原冬、夏季风随着青藏高原隆升使得西南地区季节性干冷与湿润气候的差异更加显著。     

黄土高原风尘沉积中石英结晶度的变化

中国北方的风尘沉积为研究区域构造隆升和全球气候变化提供了宝贵的材料。近20年来,尽管风尘沉积的古气候研究取得重大进展,但地质历史时期风尘的物源是否存在变化仍有很大争议。石英结晶度(CI)是黄土物源研究的可靠指标,本文用粉末X射线衍射仪对灵台剖面(~6.8 Ma—0)和庄浪岩心(~23.0—4.8 Ma)风尘沉积中石英结晶度进行了测量,发现灵台剖面石英的结晶度在时间序列没有明显的变化;庄浪钻孔的石英结晶度在~14.0—8.7 Ma明显的增大,表明风尘的物源在此存在变化。这种变化可能是由于此时段全球气候变冷和青藏高原隆升导致青藏高原东北部相对中亚造山带剥蚀量的增加引起的。     

中国东部秋季大气黑碳分布和来源的数值模拟

应用耦合黑碳源示踪方法的区域大气化学WRF-Chem模式,对中国东部秋季黑碳气溶胶(BC)分布特征进行研究.研究发现中国中东部BC浓度较高(>2μg/m³), BC高值区(>4μg/m³)分布在华北平原、长江三角洲、两湖及四川东部等地区.工业源、居民生活源、交通源是BC的主要排放源,其中工业源会造成近地层BC分布呈点状高值,地形及气象条件也是影响BC累积和传输的重要因素.BC浓度较高的京津冀BC以本地源贡献为主,在不同的风场及大气扩散条件下,外来源对京津冀BC贡献占比的变化较大.BC来源可分为两种情形:一是传输型:地面风速较大,外来源贡献占比达35.1%;二是静稳型:地面风速小,大气条件静稳,以本地贡献(80.1%)为主,来自京津冀周边省份(山东、河南、山西和陕西)的贡献较少(6.9%).本地源与外来源对京津冀BC贡献比呈相反的日变化特征,其中傍晚～早上,本地贡献占比维持在较高水平;午后本地贡献占比减小,外来输送明显增强.当京津冀地区受外来输送影响更大时,日变化特征更明显,外来贡献在午后占比可超过40%.     

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.     

新疆阿克达拉大气背景点气溶胶物质来源研究

文章利用2004年7月~2005年3月间新疆阿克达拉区域大气本底观测站PM10和TSP有机碳、元素碳及水溶性离子的组成数据,分别采用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)和绝对主成分分析法(Absolutely Principal Component Analysis,APCA)对大气气溶胶物质来源进行研究。结果表明PM10中气溶胶来源及贡献率分别为:人为污染源(49.6%)、地壳矿物质粉尘(17.3%)、盐渍化地壳矿物质粉尘(33.1%);TSP中气溶胶来源及贡献率分别为:盐渍化地壳矿物质粉尘(21.3%)、地壳矿物质粉尘及人为污染混合源(50.8%)、人为污染源(27.8%)。由于阿克达拉大气本底观测站位于我国气候上游,该站PM10和TSP中不同来源物质贡献率的源解析结果对于研究中国西北地区大气背景气溶胶的特性及其气候效应具有重要意义,对我国西北边境大气背景区空气污染治理对策的制定有一定的参考价值。     

南京市大气PM2.5时空分布特征与潜在源区贡献分析

对2017年南京市区7个自动空气质量监测点的PM_(2.5)质量浓度ρ(PM_(2.5))数据进行分析,采用克里金(Kringing)空间插值法、气流运动轨迹聚类、潜在源贡献因子法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)探讨了四季大气中ρ(PM_(2.5))的时空分布特征和潜在来源。结果显示,四季大气中ρ(PM_(2.5))均值由高到低依次为冬季(65. 54μg/m~3)、春季(41. 70μg/m~3)、秋季(35. 18μg/m~3)和夏季(23. 56μg/m~3),秦淮区四季大气中ρ(PM_(2.5))均最高。春季南京大气中ρ(PM_(2.5))易受黄海海岸和北方大陆性输送气流的影响,来自黄海方向的气流轨迹2贡献比例达51. 65%,对应的ρ(PM_(2.5))为50. 91μg/m~3;夏季南京大气中ρ(PM_(2.5))主要受江苏、东部海洋和南部沿海城市输送气流的影响,其中源自江苏的气流轨迹1对南京大气PM_(2.5)贡献比例最大(33. 64%),气流轨迹对应的ρ(PM_(2.5))为35μg/m~3;秋季南京大气中ρ(PM_(2.5))易受短距离的偏北气流影响,来自山西南部,河南中部、安徽中部的气流轨迹5对应的ρ(PM_(2.5))最高,出现概率(21. 11%)和贡献比例(27. 81%)均较高;冬季南京大气中ρ(PM_(2.5))主要受北方大陆性输送气流影响,来自俄罗斯、蒙古国东部、河北北部、北京、天津、山东中部的长距离气流轨迹4对应的ρ(PM_(2.5))最高,达109. 8μg/m~3,其贡献比例为26. 86%。PSCF和CWT分析发现,安徽、山东、浙江与江苏交界和黄海海岸是影响南京市空气质量的主要潜在源区,此外,湖北、北京、天津以及渤海海岸也是南京大气PM_(2.5)的潜在源区。     

2013年1月中国东部地区重污染过程中上海市细颗粒物的来源追踪模拟研究

大气PM_2.5是当前我国城市和区域面临的最突出的大气污染问题,然而PM_2.5及其关键组分污染的来源不清,严重制约了人们对PM_2.5 的科学认知和污染防控的步伐.本研究以2013年1月中国东部地区一次典型重污染过程为研究案例,利用CAMx三维模型中耦合了物种示踪机制的颗粒物来源追踪方法,探讨和揭示了中国东部地区代表性城市上海及周边地区共4个源区(上海、苏南、浙北、大区域)、8类污染源(包括燃烧源、生产工艺过程、流动源、生活面源、挥发源、扬尘源、农业源、天然源)对上海城区大气中PM_2.5及其关键组分包括水溶性无机离子(SO^2-₄、NO^-₃、NH⁺₄)、元素碳(EC)和有机碳(OC)的污染贡献.研究结果表明,2013年1月份中国东部出现严重灰霾污染期间,上海城区PM_2.5的主要区域贡献为上海本地污染源排放累积(PM_2.5浓度贡献平均为55.4%±22.3%)和长距离输送(38.4%±20.0%).上海地区8类主要排放源中,扬尘源贡献均值最大,达到30.7%±31.8%,其次为燃烧源18.2%±15.6%、流动源18.6%±17.5%、挥发类源16.9%±18.0%.对上海市PM_2.5组分的源解析研究发现,燃烧源对细颗粒物中硫酸盐和硝酸盐的浓度贡献最大,其浓度贡献分别达到56.2%和55.9%.铵盐中72.4%来源于挥发类源贡献,元素碳约78.3%来自于交通源贡献.挥发类源排放和流动源是主要的有机气溶胶贡献源,浓度贡献分别为36.2%和32.5%.     

南京市大气CO2浓度模拟及源贡献研究

定量研究城市区域人为CO_2通量对于控制温室气体排放具有重要意义,而基于大气CO_2浓度观测与大气传输模型方法反演区域尺度的CO_2通量是未来的一个重要发展方向,其中模型对大气CO_2浓度的模拟则是能否成功反演CO_2通量的重要基础,然而我国还未有针对城市区域CO_2浓度的长时间(1年)模拟.本研究基于高空间分辨率的人为源CO_2资料与拉格朗日大气传输模型(WRF-STILT),对南京市郊区34 m观测高度处2014年大气CO_2浓度进行模拟,并就模型模拟结果的主要影响因素和源贡献组成进行了分析,研究得出以下结论:(1)WRF-STILT模型能较好模拟出4个季节观测到的高CO_2浓度及有季节差异性的日变化特征.(2)观测CO_2浓度的足迹贡献源区(footprint)的季节变化在盛行风向影响下差异巨大,CO_2浓度增加值在前1 d的主要贡献占据总浓度贡献的90%,表明该34 m高度观测点可代表长三角区域的CO_2排放量的影响,而安徽东部和江苏中南部对其影响更大;(3)相对于排放源的日变化,边界层高度等气象因素的差异是引起CO_2强日变化的主要因素,这也是模拟的各季度浓度增加值差异的原因,其中秋季(34.97μmol·mol-1)冬季(30.07μmol·mol-1)夏季(27.28μmol·mol-1)春季(23.36μmol·mol-1);(4)浓度的主要贡献来源分别为石油生产(41%)和能源工业(26%),这和长三角区域的人为源CO_2排放通量差异巨大(石油生产:3%,能源工业:35%).     

全球N_2O年释放总量及各类源相对贡献率初步分析

根据国际上最近确定的全球N2 O各释放源及其释放量估算值 ,推算了全球N2 O年释放总量及各类源的相对贡献率。得出全球N2 O年释放总量约 1 4 .7TgN2 O -N ,其中自然源和人为源分别占 57%和 4 3 %。年释放总量中N的生物地球化学过程约贡献92 %、非生物作用过程仅贡献 8% ;与土壤有关的释放源约贡献 70 %、农业土壤贡献2 0 %。控制土壤尤其是农业土壤和热带森林土壤的N2 O释放量是控制全球大气N2 O浓度上升的关键     

石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓氮含量和氮同位素组成进行了对比分析.苔藓氮含量变化范围为0.85%～2.97%,并从市区(2.24%±0.32%)往外明显降低(1.27%±0.13%),表明贵阳市区氮沉降最高、往外逐渐降低,但在较远的农村地区(> 25 km)苔藓氮含量出现回升(平均1.33%～1.75%),反映了农村地区大气氮输入有所增加.苔藓氮同位素均为负值(-2.50‰～-1.39‰),并从市区到农村地区明显升高.市区苔藓较负的氮同位素比值(平均-8.87‰～-8.59%o)主要指示了城市排泄物和污水所释放的氨源贡献,而郊区和农村地区苔藓较高的氮同位素信号(平均-3.83‰～-2.48‰)主要反映了农业氨源的影响,苔藓氮含量回升可能与农业活动增强有关.此外,贵阳地区苔藓氮同位素的分布特征与受氧化态氮源控制的地区苔藓氮同位素变化相反,因而,贵阳地区大气氮沉降以铵(NHx)沉降为主,该结论有助于更加准确地认识城市地区大气氮沉降的来源和变化.     

影响中国近地面g -HCH浓度和沉积量的贡献源评估

采用CanMETOP模型,模拟了2005年欧洲(去除前苏联所占区域)、印度、中国和前苏联4个主要的g-HCH土壤残留区域的g-HCH通过挥发、大气传输和沉积对中国环境的影响.结果表明,中国东部和西部地区近地面的年均浓度分别为10~100pg/m3和1~10pg/m3.中国本地源对东中部和东北部的浓度贡献在90%以上,对东南部地区的贡献为30%~80%,印度源对该地区的贡献为10%~30%;印度源对西部的近地面浓度贡献在50%以上;欧洲源和前苏联源主要影响西北地区,贡献比例均在10%左右.中国本地源对东北区域的总沉积贡献最大(75%),西北区域和南部区域的总沉积均以印度源贡献为主,贡献比例分别为63%和67%.整个中国,年总沉积量为691t,贡献比例依次为印度源(55.1%),中国源(31.6%),欧洲源(3.6%),前苏联源(2.5%).     

影响中国近地面γ-HCH浓度和沉积量的贡献源评估

采用CanMETOP模犁,模拟了2005年欧洲(去除前苏联所占区域)、印度、中国和前苏联4个主要的FHCH土壤残留区域的γ-HCH通过挥发、大气传输和沉积对中国环境的影响.结果表明,中国东部和西部地区近地面的年均浓度分别为10～100pg/m3和1～10pg/m3.中国本地源对东中部和东北部的浓度贡献在90%以上,对东南部地区的贡献为30%～80%,印度源对该地区的贡献为10%～30%;印度源对西部的近地面浓度贡献在50%以上;欧洲源和前苏联源主要影响两北地区,贡献比例均在10%左右.中国本地源对东北区域的总沉积贡献最大(75%),西北区域和南部区域的总沉积均以印度源贞献为主,贡献比例分别为63%和67%.整个中国,年总沉积量为691t,贡献比例依次为印度源(55.1%),中国源(31.6%),欧洲源(3.6%),前苏联源(2.5%).     

基于轨迹模式分析海口市大气污染的输送及潜在源区

基于2013—2018年海口市空气质量资料,利用HYSPLIT模式和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的FNL资料,模拟近6年海口市500 m高度气流48 h的后向轨迹,分析了不同季节气流轨迹分布、聚类分析和潜在源区分布概率(WPSCF)特征.结果表明:近6年海口市的空气质量等级主要以优和良为主,占所有天数的97.1%,有2.9%的天数达到了轻度污染及其以上级别,O_3从2015年开始成为海口市最主要的大气污染物.海口市影响气流有明显的季节变化,冬季主要受内地的大陆气流和东南沿海气流影响,春季和秋季以东南沿海气流为主,夏季多为来自西南方向的海洋性气流.气流轨迹和WPSCF的空间分布均表明,广东省是海口市大气污染物超标的主要贡献源区,此外,福建、江西、湖南和广西东部等地的潜在贡献也较大.