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.     

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.     

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.     

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.     

腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘

沙漠是近地层沙尘物质的重要来源之一,沙漠地区近地层水平输送的沙尘物质随高度的变化特征和不同高度处的沉降量直接影响着沙尘的输送过程. 选择腾格里沙漠东南缘流动沙丘区的风沙科学观测场为研究区,利用沙尘水平通量采集器和降尘测量器对近地层约50 m的不同高度水平运动的沙尘和降尘进行了近2年的观测,对沙漠地区近地层水平运动的沙尘随高度变化特征及不同高度的降尘量进行了讨论. 结果表明:沙尘的水平通量和降尘量均随高度的增加而减小,二者与高度均可表示为指数函数的关系; 同时,沙尘水平通量与降尘量之间存在正相关关系,二者可用线性函数相互转换.      

沙尘环境对直升机的危害及防护对策探讨

我国是沙漠化危害严重的国家。沙尘环境,特别是沙尘暴天气对直升机危害非常大。通过大量的资料分析和国内外直升机在沙漠地区使用保障的实践经验总结,初步论述了沙漠地区的气象特点,以及为提高直升机在沙尘环境中的战备完好性所采取的防护措施。     

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.     

中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、天文总辐射、地面太阳总辐射和沙尘能见度等观测和理论计算资料,对中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系进行了分析.结果表明:沙漠地区太阳辐射和沙尘气溶胶指数有非常高的相关性,且变化趋势一致.表明由太阳辐射触发的热对流是影响沙漠地区沙尘气溶胶最主要的因子;沙尘气溶胶进入大气中,必然也会对太阳辐射产生重大的影响.晴日时沙尘气溶胶吸收和散射辐射可达沙尘暴(含扬沙)天气时的60%以上.     

沙漠地区沙尘气溶胶含量变化的原因分析

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、太阳辐射、沙尘能见度、降水量等观测资料,对中国西北部沙漠地区沙尘气溶胶含量进行分析.结果表明,沙漠地区AI值不但取决于沙尘暴的发生,而且取决于太阳辐射.这表明沙尘暴起沙模型和尘卷风与干热对流的联合起沙模型互为补充,沙漠地区上空的沙尘气溶胶含量是它们共同作用的结果,而由太阳辐射引发的尘卷风与干热对流较沙尘暴过程更为重要.     

Atmospheric trace elements over source regions for Chinese dust: concentrations,sources and atmospheric deposition on the Loess plateau

The mass-particle size distributions of up to 17 trace elements in aerosol particle samples from dust storm and non-dust storm periods were determined for three sites in or near the source regions of Chinese dust. The mass of particulate material in the atmosphere at the sites is dominated by mineral aerosol particles. An absolute principal component analysis of the non-dust storm elemental data for the loess region allows the estimation of the mass contributions from two coarse-particle classes (soil dust and dust associated with pollutants), and two fine-particle classes (soil dust and anomalously enriched). For most elements (Al, Si, Ca, Fe, Ti, K, S and As), the mass-particle size distributions (MSDs) were approximately log-normal. The mass-median diameters (MMDs) of the soil-derived elements tended to decrease with distance from the desert region and when the dust storms subsided. Total dry deposition velocities were calculated by fitting a log-normal distribution to the aerosol data and calculating deposition rates for 100 particle-size intervals using a two-layer deposition model. The mean dry-deposition rates and fluxes were highest during dust storms over desert regions. In thloess region, the calculated dry deposition velocities of soil derived elements (Al, Si, Ca, Fe and Ti) during non-dust storm periods were from 3.1 to 3.7 cm s⁻¹. From the estimated mass-particles size distributions, the coarser and finer mineral particles were found to benriched with Ca, Fe, Ti and K relative to Al or Si. On a yearly basis, the dry atmospheric input to the Loess Plateau was mainly attributable to normal transport processes, i.e. non-dust storm conditions. Wet deposition fluxes estimated from scavenging ratios indicate that dry deposition dominated the total atmospheric deposition of mineral aerosol. The deposition of aerosol particles associated with coal burning or other anthropogenic sources also was considerable on the Loess Plateau.     

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。     

四川西部黄土沉积与环境演变研究综述

四川西部(川西)地处青藏高原东部,黄土广泛分布于河谷和断陷盆地中.该地区黄土的主体属风成堆积,为附近及高原内部地区的冰川沉积、寒冻风化物、河湖沉积、风沙沉积和坡积物等多种沉积物中的细粒物质,在西风、高原冬季风和近地面风的搬运下堆积而成.局部有受坡面流水作用形成的次生黄土.最早的黄土堆积始于早更新世(1150ka),现主...     

我国不同矿物气溶胶源区物质的物理化学特征

在我国不同的矿物气溶胶源区进行采样分析的结果表明,源区气溶胶物质的物理化学特性相差很大.黄土的颗粒最细,91%的黄土颗粒可以形成矿物气溶胶进行长距离输送;沙土较粗,只有15%的沙尘颗粒可以形成矿物气溶胶;2个煤灰样品的粒径差异较大,抚顺煤灰中＜74μm的颗粒高达39%,而呼和浩特煤灰只有7%.不同粒径颗粒的化学分析结果表明,微量元素在细颗粒上有较高的富集.黄土与沙漠土壤的细颗粒的化学性质十分相似,同煤灰的化学性质完全不同,其常量元素与A1的比值(E/Al)十分接近,而且与深海沉积物粘土中的比值(E/A1)     

黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息

伊犁地区位于我国新疆地区西北部,为天山山脉环绕。区内降水自西向东递增,而温 度则由于海拔高度的抬升而逐渐降低。上述地理环境有利于分析和探讨温度和降水与黄土沉积 物中次生细粒强磁性颗粒数量之间关系。本研究在伊犁河谷西部地区,对不同海拔高度黄土表 层沉积物进行样品采集。环境磁学分析结果显示：黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物含量与降 水量之间存在很好的正相关关系,而与温度之间存在反相关关系。结合黄土高原的研究结果可 以发现：温度对黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物的数量影响微弱,降水是控制其含量的主要 因素;即：在黄土古气候研究中,次生细粒强磁性矿物的磁化率可以作为古降水量的代用指标, 但对温度变化不敏感。     

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.     

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.