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.     

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。     

新疆且末地区沙尘暴过程中空气细菌群落结构变化的比较

采集新疆且末地区沙尘暴空气微生物样品,揭示沙尘暴前期、中期和后期细菌多样性和群落结构差异,为沙尘暴灾害预警提供依据.采用16S rRNA基因高通量测序技术,研究其菌群组成、丰度、优势菌群及与环境因子的相关性.新疆且末地区沙尘暴空气样品中共获得740364条有效序列,聚类为156个可操作分类单元（Operational Taxononmic Units）,包括9个门,87个属.门水平上,丰度最高为变形菌门（Proteobacteria,80.52%）,其次为拟杆菌门（Bacteroidetes,20.96%）、放线菌门（Actinobacteria,5.84%）和厚壁菌门（Firmicutes,2.63%）;在属水平上,优势属为不动杆菌属（Actinobacteria）、假单胞菌属（Pseuodomonas）、鞘氨醇宝盒菌属（Sphingobacterium）、海洋杆菌属（Ponibacter）.沙尘暴中期空气细菌的Chao 1（135.013）、ACE（130.424）、Shannon（2.614）指数均高于沙尘暴前期和沙尘暴后期空气细菌多样性数值（p<0.01）.沙尘暴空气细菌主成分分析表明,不同时期的细菌群落组成差异显著.冗余分析表明,湿度和气压可能与沙尘暴空气细菌多样性呈正相关,与经度、维度、海拔和温度呈负相关.新疆且末地区沙尘暴中蕴藏着丰富的细菌资源,沙尘暴前中后期空气微生物菌落结构和物种多样性差异显著.     

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。     

民勤沙尘源区近地面降尘特征研究

借助近地面沙尘暴监测系统进行沙尘暴监测,分析民勤沙尘源区近地面降尘分布特征.结果表明:民勤降尘量与沙尘天气发生频率密切相关,春季3,4月沙尘高发期月降尘量分别为9.0和9.5 mg/cm2.降尘随距地面高度的增加而减小,最大降尘出现在近地面1 m处,月降尘量为9.7 mg/cm2;降尘受下垫面条件影响较大,从荒漠区到绿洲边缘,风速减弱4.11%,总降尘量由25.0 mg/cm2减少到20.6 mg/cm2;绿洲内部受防护林作用,风速减弱30.45%,总降尘量增到24.6 mg/cm2,最大降尘量提高到近地面9 m处,与绿洲防护林冠层平均高度相吻合.风速对近地面20m内的降尘影响明显,平均降尘量2.5 mg/cm2.距地面9 m的高度范围内,降尘随持续时间变化迅速增加,降尘增量可达3.1 mg/cm2.      

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.     

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.     

沙尘暴及在我国的防治

本文简要论述了我国沙尘暴的成因、影响我国的沙尘暴源区、传输路径、危害、预报与科研开展情况及防治对策等方面内容。     

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.     

合肥市霾天气变化特征及其影响因子

分别应用费希尔最优分割法和后向轨迹-聚类分析的方法分析了1965～2005年间合肥霾天气的气候变化特征,以及合肥霾天气发生频率与不同高度输送条件的关系.同时应用2001～2005年的资料分析了合肥霾的月、季分布特征及其与地面气象要素的关系.合肥各月平均霾日数呈W型分布,1月最多,8月最少,秋冬两季占全年霾日数的70%以上.41年来霾日数总体呈上升趋势,期间发生了3次跃变,分别在1978、1992和2005年,与我国社会经济发展的各个阶段相一致.霾的发生频率与边界层中上部气团来向关系不大,但与其移动速度关系密切.近地面不同来向的气团对应霾的发生频率明显不同,霾易于出现的气团在春、夏、冬季主要来自偏东方向,秋季主要为本地气团以及来自偏北方向的气团.小风、高湿和偏东风是产生霾的有利条件.随着空气污染加重,霾的出现频率升高,当空气质量为中度污染时,霾的出现频率达到75%;高质量浓度的PM10并不意味着有霾出现,反之亦然.     

沙尘天气对大气环境质量影响的量化研究

利用沙尘天气年鉴资料和颗粒物浓度监测数据,构建了沙尘天气对大气环境质量影响的量化指标(贡献率和绝对贡献),并利用该量化指标分析了沙尘天气对位于沙尘源区和影响区内典型城市大气环境的影响,同时比较了沙尘天气对北京城、郊区的不同影响. 结果表明:2001—2009年沙尘天气对沙尘源区城市呼和浩特的贡献率年均值为6.84%,对影响区内的城市北京、天津、济南的贡献率年均值分别为5.96%、3.57%、1.66%;沙尘天气对沙尘源区城市(呼和浩特)和影响区城市(北京、天津和济南)的贡献率最大值均出现在3月,其中,对呼和浩特、北京、天津、济南的贡献率最大值分别达到19.21%、15.02%、9.41%和8.69%;2000年4月和2001年3月沙尘天气对北京ρ(PM₁₀)的绝对贡献较大,分别为0.062和0.077mg/m3,占GB 3095—2012《环境空气质量标准》ρ(PM₁₀)二级标准限值(0.15mg/m3)的41.3%和51.3%;沙尘天气过程对于北京城、郊区的影响也不完全一致.      

太湖上空大气气溶胶光学厚度及其特征分析

基于高精度的太阳光度计(CE-318)得到太湖上空气溶胶长期观测数据,获得了太湖上空从2005年9月～2010年10月的气溶胶光学厚度(AOT)以及相应的ngstrm参数α.5 a的观测资料表明,太湖上空AOT的高值区出现在夏季的6～7月,低值区出现在秋冬季节的10月～次年1月;α的低值区和高值区分别出现在春季的3～4月和秋季的9～11月,AOT及对应的α的变化主要与该地区的天气形势有关.从频率分布来看,AOT(500 nm)只有一个峰值,最高频率值为0.4～0.6,约占总样本的26%,年均值为0.80.按照平均AOT(500 nm)计算,气溶胶造成的太阳直射辐射的透过率衰减至少为50%,致使太湖地区的大气较为混浊,形成严重的雾霾天气;ngstrm波长指数α有2个峰值,最高频率区间为1.1～1.3和1.3～1.5,分别占总样本的30%,年平均值为1.17.结果还表明AOT(500 nm)和α的日均值变化范围均较大,表明太湖上空有不同类型的气溶胶粒子共存;当α增大时,AOT(500 nm)的均值呈递减趋势.总体结果分析表明,太湖上空的AOT值随时间变化较大,属于城市-工业型气溶胶类型.     

半干旱区春季沙尘气溶胶谱分布的观测研究

为研究半干旱区沙尘细粒子的粒谱特征,利用WPS粒谱仪对内蒙古朱日和地区春季粒径为0.01~10.0mm的沙尘气溶胶进行了40多天的连续观测,得到不同天气条件下的气溶胶谱分布.研究表明,沙尘气溶胶有明显的日分布规律,不同天气背景下的沙尘气溶胶浓度变化特征不同,受气象要素影响较大.非沙尘日和沙尘日均有浓度变化较稳定的粒径段,沙尘日出现稳定粒径段的粒径小于非沙尘日,2种天气背景下的平均谱在0.07~0.20mm;非沙尘日、沙尘日和沙尘时段的气溶胶谱型在0.01~0.1mm、0.1~1.0mm和1.0~10mm 3个粒径段分布明显不同,分别符合对数正态分布、Lorentz分布和负指数分布.     

苏鲁边界区域水资源保护与利用的协同机制探讨——以南四湖为例

通过对苏鲁界湖南四湖水源保护与利用状况的详细考察,全面系统分析了湖域水资源现状、存在的关键问题、影响因素等。针对湖域水资源现状,探讨了南四湖流域水资源保护与利用的协同机制,即建立湖域水资源协同规划与管理机制、湖区经济协同发展机制、生态修复与补偿协同机制、群众协同参与与监督机制、水危机协同处置机制和湖域界面冲突协同控制机制等,以促进跨界区域水资源的保护与利用,统筹区域协同发展,增强南四湖湖域的可持续发展能力。     

河西走廊东部沙尘日变化特征及其与气象因子的关系

沙尘天气是河西走廊东部多发的灾害天气之一.为提高河西走廊东部沙尘天气的预测、预报、预警水平,更好地预防沙尘灾害和沙尘天气对空气质量的污染.利用河西走廊东部5个气象站1960-2016年逐日沙尘（包括浮尘、扬沙及沙尘暴）资料和四季平均气温、最高气温、最低气温、平均风速、大风日、蒸发量、降水量、相对湿度等资料,运用统计学方法分析了河西走廊东部各强度沙尘日的时空分布特征以及沙尘日与气象因子的相关性.结果表明:受海拔、地形地貌以及天气系统等影响,各强度沙尘日（除浮尘外）由东北向西南呈递减趋势.年代、年各强度沙尘日呈显著减少趋势,沙尘暴、扬沙、浮尘递减率分别为-2.436、-5.277、-5.719 d/（10 a）,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.年沙尘日的时间序列均存在着6~8 a的准周期变化.各强度沙尘日均为春季最多,秋季最少,且各季节沙尘日均呈显著减少趋势,递减率为春季>夏季>冬季>秋季,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.各强度沙尘日月变化比较一致,高峰值出现在4月,低谷值出现在9月.气象因子对沙尘天气有一定的影响,同一季节气象因子对各强度沙尘日的影响相对一致,但不同的季节气象因子对各强度沙尘日的影响不一致.热力因子和动力因子是影响沙尘天气的主导因子,水分因子的影响较弱.研究显示,气候变暖、冷空气活动频次和强度减弱是沙尘日减少的主要原因之一,大气环流的季节性转变是沙尘天气季节性变化的主要原因.      

2002年北京PM10时间序列及其成因分析

以北京2002年的ρ(PM₁₀₎日平均值和气象要素观测资料为例,根据小波分析的原理,利用Matlab小波分析工具,对逐日ρ(PM₁₀₎时间序列进行分解和重构,分析了该地区ρ(PM₁₀₎的年变化规律和突变特征.结果表明:2002年北京PM₁₀污染季节性变化强,春季最严重,冬季次之,夏、秋季节较好;全年共有4个突变点,均出现在沙尘暴或强沙尘暴期间,并指出沙尘天气是北京ρ(PM₁₀₎发生突变的主要影响因素.在此基础上,根据形成原因及气象资料分析,将2002年PM₁₀重污染天气过程分为沙尘型和排放累积型2类,并阐述了形成各类PM₁₀重污染天气的气象原因.      

一次区域性强沙尘暴天气过程成因分析

本文以实况资料为基础，对2005年中发生在我国内蒙古的一次强沙尘暴天气过程进行风场和温度场等的诊断分析，结果显示：（1）本次沙尘暴天气过程属于西北路径强冷空气入侵造成的。有利的气候背景是本次沙尘暴发生的基础。（2）大气斜压性强，动量下传作用是沙尘暴的天气诱因。200hPa高空急流的加强，850hPa强锋区和冷槽发生发展是沙尘暴的主要原因。在此基础上，得出沙尘暴的预报着眼点。     

近地面气象要素对金沙降水pH值的影响

通过对金沙大气本底站2012年全年140场有效降水的酸雨观测资料和地面气象要素资料进行了分析。结果表明:降水量对降水pH值、强酸性酸雨出现率有着显著影响;风速在4~9月份与降水pH值的变化趋势接近,即降水的pH值随风速的增大而升高;大气压强变化趋势与pH值变化相反,呈负相关;湿度与降水pH值相关性较差,这与金沙地理位置有关;温度与降水pH值呈较好的正相关,特别是4~10月随温度的升高pH值降低。pH值与降水量、温度及大气压强关联,其相关系数依次为0.355、0.406和-0.446。最后本章对各气象因子进行逐步回归分析,得出pH值与各气象因子的回归方程。     

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     

北京市一次沙尘过程中降水化学组分的监测分析

2010-4-5北京市出现了罕见的沙尘过程中降水,在市中心采集了雨水样品,用离子色谱方法分析了样品中9种离子组分浓度,结果表明:该次降水pH值较高(7.33)、电导率偏高(24.50mS/m)、可溶性离子浓度普遍高,9种离子浓度总和为3080meq/L;降水中离子当量浓度之比SO42-/NO3-为1.27, Ca2+/NH4+为1.25.为了进一步研究沙尘对降水化学组成的影响,统计了2005年至2010年全市3个监测点每年4月(沙尘高发期)监测的39次降水,得到其平均pH值为6.84、电导率为9.20 mS/m;降水中当量浓度之比SO42-/NO3-和Ca2+/NH4+分别为2.37和1.87.比较2组数据可见,发生在沙尘过程中的这次降水NO3-离子浓度的增加较为突出.而与历年年平均水平相比,4月降水均凸显了Ca2+和NO3-大幅增加的特征.进一步分析该次过程中同一监测点酸根离子前体物SO2、NO2的浓度变化特征发现:在沙尘和降水持续期间NO2浓度较低,在降水持续的时段SO2浓度显著降低,表明大气湿度对于SO2气粒转化起到了制约作用.