东亚三次典型沙尘过程移动路径和特征

东亚地区沙尘移动路径主要有三条,即西北路径、偏西路径和偏北路径,利用CALIPSO卫星的Level 1和Level 2两级数据产品,对不同移动路径沙尘天气的沙尘在远距离传输过程中的空间特征进行对比研究。结果表明:西北和偏西路径沙尘天气过程中,沙尘气溶胶垂直分布高度较偏北路径沙尘天气高;偏西路径较西北路径的沙尘天气而言,污染性沙尘粒子有所增多;不同的沙尘源区和移动路径导致大气中气溶胶粒子类型占比不同;西北和偏西路径的沙尘退偏振比均值相近,表明这两次沙尘天气沙尘成分可能相同。     

2004 年春季一次较强沙尘暴的实时预报与特征分析

首先对2004年春季最强的一次沙尘天气过程进行了简要分析,然后利用业务化的集成沙尘数值预报系统对其进行了数值预报试验,并在检验了预测结果的可用性的基础上,进一步分析了沙尘浓度、起沙量等模式输出结果的特征。结果表明:该预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程预报能力较好;对沙尘天气的发生、发展和消亡过程有预报意义。这次过程的沙尘源地主要是蒙古国南部和中蒙边境沙地,包括毛乌素沙地、腾格里沙漠和浑善达克沙地;起沙和输送过程中各种粒子的贡献随着沙尘天气发生区域的不同而不同,这次过程中起沙量贡献主要是粒径为2~22μm的粒子,在大气中长时间长距离输送的粒子主要是粒径小于11μm的粒子。     

贺兰山地区沙尘气溶胶瞬时谱分析及拟合

利用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪，1998年4、5月和1999年4月在贺兰山附近的巴音浩特、盐池、银川等地采集了具有代表性的背景大气、浮尘、扬沙、沙尘暴天气条件下沙尘粒子谱分布资料。对粒子瞬时谱的统计分析发现：不同的沙尘天气过程中，气溶胶的瞬时浓度存在很大差别。扬沙、沙尘暴天气过程中，气溶胶浓度变化较大；浮尘天气过程中，气溶胶浓度变化较小。沙尘现象越强，粗粒子（d〉2．5μm）越多，各粒径段浓度变化越明显。不同过程，粗细粒子对粒子表面积浓度贡献程度不一。沙尘气溶胶粒子谱型为单峰结构，对粒子的瞬时谱进行了谱型拟合，其具有对数正态分布函数的特征。     

张掖及兰州榆中地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究

选取张掖和兰州榆中两地春季沙尘气溶胶连续观测资料,主要对2008年5月发生的一次强沙尘天气过程中气溶胶粒子浓度变化和谱分布特征进行了分析.结果表明,此次沙尘天气过程的发生与锋面过境有关;对比分析背景天气下气溶胶浓度,发现榆中站气溶胶浓度主要受人为源的影响,而张掖站主要受自然源的影响.两地沙尘过程的发生时间与物理属性不完...     

贺兰山地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究

1996年至1999年4年间的4月和5月，在贺兰山的东西两侧沙漠地区用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪进行了大气气溶胶数浓度和质量浓度的观测，取得了大量背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下的沙尘粒子谱分布资料，通过统计分析研究，总结出不同沙漠地区不同沙尘天气条件下的大气气溶胶粒子谱的分布规律。     

北京地区沙尘天气气溶胶飞机观测特征

利用3次沙尘天气期间的气溶胶飞机观测资料,分析了北京地区在3种沙尘天气下气溶胶垂直分布特征。结果显示:逆温层的存在对扬沙个例的垂直分布有影响。数密度谱的分布基本呈单调递减,但边界层内扬沙、浮尘和沙尘暴个例都在0.13~0.3μm间存在峰值,而扬沙个例在0.8μm,浮尘个例在6.5μm以及沙尘暴个例在2.8和6.5μm处出现次峰值。沙尘中细粒子的有效直径是人为源气溶胶粒子的4到10倍。浮尘天气整个粒子谱宽从近地面层开始随高度先增大后减小,到3000m达到最大,这与高空输送有关;扬沙个例沙尘粒子谱分布显示近地面层大于50μm段粒子谱无论数浓度还是谱宽都明显高于浮尘和沙尘暴个例,这与扬沙是局地大风扬尘引起有关;沙尘暴个例谱宽在接近云底达到最大,说明大粒子已经被携带到一定高度,与蒙古气旋云系的上升运动有关。     

一个适用于我国北方的沙尘暴天气数值预测系统及其应用试验

将澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)邵亚平发展的具有清晰风蚀物理学概念的起沙数值模式、输送模式与PSU/NCAR的中尺度气象预报模式MM5进行耦合,以高精度中国区域的GIS(Geographic Information System)数据为基础,建立了一个较完整的沙尘暴起沙和输送过程的预测系统.该预测系统可以预测地面起沙率和大气中沙尘浓度.在此基础上,采用该系统对2002年3～4月3次影响我国北方大部分地区的沙尘(暴)天气的起沙和输送过程进行了模拟试验.试验结果表明模拟的沙尘浓度与地面天气现象及卫星云图的沙尘天气范围比较一致,预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力.北方上述大范围沙尘天气的沙尘源地为蒙古国的南戈壁省、东戈壁省,内蒙古中西部,河北省北部,山西省东北部,甘肃和青海北部等地区.起沙中贡献最大的粒子粒径为2～11μm和11～22 μm,能够长时间、长距离输送的沙尘也是上述大小的粒子,沙尘粒子的垂直输送高度一般在500 hPa以下.     

宁夏典型沙尘天气条件下气溶胶分布特征研究

利用2006-2010年期间云—大气气溶胶激光雷达红外探索卫星(CALIPSO)星载激光雷达(CALIOP)数据和宁夏地区常规气象观测资料,分析研究了典型沙尘天气条件下宁夏地区大气气溶胶光学性质的分布特征。结果表明:CALIPSO资料能有效地反映宁夏地区沙尘气溶胶相关特性的垂直分布特征。在沙尘天气下,处于贺兰山背风坡海拔较高区域的沙尘可以被抬升到对流层中层以上,近地层大气中主要以粗粒子为主,不规则的非球形气溶胶随着高度的增加而增加,高层大气中以波长比在0.4~2.0之间的粗粒子为主、退偏比在0.4以上的不规则非球形气溶胶在7 km、10 km左右高度出现极大值,这与沙尘天气下湿度垂直分布廓线相一致。在晴空天气条件下,退偏比均在0.2以下,波长比主要在0.2~0.4之间,且两者出现频率随高度的变化较小。在沙尘天气下宁夏地区气溶胶光学厚度主要分布在0.60~2.00之间,晴空天气下主要分布在0.33~0.43之间。     

新疆和田市沙尘气溶胶浓度及粒径分布特征研究

沙尘气溶胶不仅影响天气和气候,而且对海洋生态及全球物质循环具有重要的作用.塔克拉玛干沙漠作为我国和东亚地区重要的沙尘气溶胶源区,其西南缘和田市沙尘气溶胶浓度及粒径分布特征尚不明确,将不利于该区域沙尘气溶胶远距离输送和沉降的机理研究.因此,本文利用粒子分级采样仪,通过对和田市不同天气(晴天、浮尘、扬沙天气)下沙尘气溶胶浓...     

沙尘和霾气溶胶的物理特征比较

粒子尺度谱和复折射率指数是描述大气气溶胶的基本物理参数,也是遥感大气气溶胶光学厚度的基本假定量,决定了光学厚度遥感的准确程度。本文分析了中国气溶胶遥感网反演的北京周边的沙尘和霾天气下大气气溶胶的体积谱和复折射指数,结果表明:沙尘和霾天气下气溶胶的体积谱均呈现双峰对数正态分布,霾气溶胶粒子体积谱在细模态(0.1～1μm)和粗模态(1～10μm)的占比大体相当,沙尘气溶胶粒子体积谱中粗模态占比远远高于细模态,以粗粒子为主;将实际测量的复折射率同HITRAN 2008数据库中各种类型的气溶胶复折射率光谱数据相比,类沙尘粒子的复折射指数同沙尘气溶胶最为接近,水溶性粒子同霾气溶胶最为接近,在大气气溶胶遥感中如果缺少复折射率的光谱数据,可考虑将类沙尘粒子和水溶性粒子的复折射率光谱数据(0.2～40μm)外推近似代替沙尘和霾气溶胶用于紫外和红外遥感。本研究可为利用紫外光谱和红外光谱定量遥感沙尘和霾气溶胶研究提供参考和依据。     

影响三大洲的北非强沙尘暴动力机制WRF-chem模拟与分析北大核心

基于WRF-chem模式对北非2018年3月下旬的典型强沙尘暴过程进行模拟,分析了此次强沙尘发生季节、持续时间、局地特征以及传输路径的关键动力系统与动力机制。鉴于起沙是沙尘暴发生的关键点之一,并且起沙主要取决于风力和下垫面沙源性质,本文测试了三种起沙参数化方案的影响,并将模拟结果与卫星MODIS监测及其再分析资料MERRA-2进行了对比,又经系列统计方法检验。结果显示,宏观思路的起沙方案GOCART比AFWA和UoC两种起沙方案更适合此次大尺度强沙尘暴数值模拟(锋面跨度接近60个经度)。综合沙尘暴关键系统的动力机制分析和数值模拟结果显示,强沙尘暴关键系统为深厚的西风槽、沙尘冷锋锋面和锋后的地面高压反气旋。北非中部深厚的西风槽为后倾槽,该系统稳定,造成沙尘暴持续时间长。沙尘暴锋后反气旋中的下沉气流抑制了扬沙向高层扩散,造成低层能见度恶劣。沙尘锋区结合了动力、热动力以及湿热动力不稳定,因此锋区风力大,地面沙尘驱动力强。而西风槽和强大反气旋依托环流形势,提供了沙尘传输到三大洲的长途输送力。     

中国沙漠沙尘气溶胶对沙漠源区及北太平洋地区大气辐射加热的影响

针对2001年春季中国沙漠和北太平洋上空沙尘气溶胶的空间分布情况，利用辐射传输模式，分别计算了沙尘气溶胶对沙漠和海洋大气的辐射加热（冷却）率，并讨论了低云、中云、高云对辐射加热率的影响。结果表明:春季，位于中国沙漠和太平洋上空的沙尘层对大气具有明显的加热作用。当沙漠上空光学厚度为1.0，海洋上空光学厚度为0.3时，取春季平均太阳高度角，沙尘层对应的净辐射加热率分别为2.8 K/d和0.4 K/d。由于WMO推荐的沙尘模型比东亚沙尘模型对太阳辐射吸收强，采用该模型计算得到的中国沙漠和海洋上空的加热率比采用东亚沙尘模型分别高1.5 K/d和0.2 K/d。沙尘对大气的加热率很大程度上依赖于沙尘的大气载荷。这种依赖性首先受太阳高度角的影响， 其次也受地表反照率的影响。云对沙尘层辐射加热（冷却）率的影响与云的高度和厚度有关。低云能够加热沙漠和海洋上空的沙尘大气，冷却地面和洋面。中、高云冷却沙漠上空的沙尘层。在海洋上空，中云对云层以上的沙尘层有加热作用，对云层以下的沙尘层有冷却作用。高云对海洋上空沙尘层的辐射加热（冷却）率的影响比较小，加热还是冷却，取决于云的厚度，当云层较薄时，加热沙尘层，而当云层较厚的时候，有可能冷却沙尘层。     

Regional Saharan dust modelling during the SAMUM 2006 campaign

The regional dust model system LM-MUSCAT-DES was developed in the framework of the SAMUM project. Using the unique comprehensive data set of near-source dust properties during the 2006 SAMUM field campaign, the performance of the model system is evaluated for two time periods in May and June 2006. Dust optical thicknesses, number size distributions and the position of the maximum dust extinction in the vertical profiles agree well with the observations. However, the spatio-temporal evolution of the dust plumes is not always reproduced due to inaccuracies in the dust source placement by the model. While simulated winds and dust distributions are well matched for dust events caused by dry synoptic-scale dynamics, they are often misrepresented when dust emissions are caused by moist convection or influenced by small-scale topography that is not resolved by the model. In contrast to long-range dust transport, in the vicinity of source regions the model performance strongly depends on the correct prediction of the exact location of sources. Insufficiently resolved vertical grid spacing causes the absence of inversions in the model vertical profiles and likely explains the absence of the observed sharply defined dust layers.     

近30年塔里木盆地浮尘天气及持续浮尘滞空的气候特征

塔里木盆地沙尘天气具有独特的持续浮尘滞空区域特征.目前塔里木盆地浮尘天气的气候学特征认知依然停留在1990年,亟待认知近30年塔里木盆地浮尘天气的变化特征.因此,利用1991—2020年塔里木盆地27个观测站浮尘天气观测资料,分析塔里木盆地近30年浮尘天气的时、空变化特征,并给出盆地持续浮尘天气的频次分布,以加深对塔里...     

Review of the Field Measurements and Parameterization for Dust Emission During Sand-Dust Events

Dust emission generated by wind erosion is a basic process before the transport and deposition of dust particles. Parameterization of dust emission flux is important for accurate simulation and prediction of dust events. Field observation and numerical simulation are two approaches to understand the complex process of dust emission. Great progress has been made on the characteristics and mechanism of dust emission during dust storm events. This review introduces the major factors influencing dust emission and summarizes the calculation methods of several key parameters of dust emission, including the threshold friction velocity u.t, threshold wind speed Ut, streamwise saltation flux Q, and （vertical） dust emission flux F, from perspectives of both observation and parameterization. The paper also discusses the improvement, application, and validation of different dust emission schemes in dust models. Existing problems and future research directions are elaborated as well.     

2006年春季我国沙尘天气特征及成因分析

利用全国673个站每日8个时次的地面天气报告资料和T213模式产品,分析了2006年春季我国沙尘天气的主要特征及其成因。结果表明:2006年沙尘暴、强沙尘暴范围偏大、沙尘天气强度偏强;2006年春季我国北方沙尘天气过程(17次)偏多、强沙尘暴过程(5次)是2000年以来最多的一年,其中2006年4月9 11日强沙尘暴天气过程的影响范围和强度为20世纪90年代以来第三位;沙尘多发期长、结束晚。2006年春季北方大部地区气温偏高,致使地表层解冻快,土质疏松;降水偏少,地表干土层增厚,为沙尘天气的发生提供了有利的条件。2006年春季东亚大槽偏强,影响我国的冷空气活动较频繁且势力较强,蒙古气旋活动频繁。前期偏暖少雨与冷空气和蒙古气旋的共同作用,是造成2006年春季我国沙尘强度明显偏强且多发期结束晚的主要原因。     

基于复杂网络模型的沙尘天气空间交互影响研究-以雅鲁藏布江中游为例

沙尘天气是雅鲁藏布江中游最主要的灾害,然而对该地区沙尘物质的传输过程及影响范围并不明确。利用2017-2020年冬春季（10月—次年4月）雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,采用转移熵方法构建区域沙尘传输矩阵,基于复杂网络理论分析沙尘天气的空间传输及交互影响特征。结果表明,1）雅鲁藏布江中游沙尘天气系统是一个稳健性网络,站点之间的沙尘天气互相影响,说明沙尘可以跨区域输送。2）申扎、南木林和尼木处于沙尘天气空间关联网络的核心,说明这三个地区是研究区的主要沙尘分布区;拉萨和墨竹工卡沙尘天气受其他站点影响程度最小。3）研究区沙尘天气影响时间短。沙尘持续时间以1小时为主,说明以局地起沙为主;3小时持续时间次之,说明个站点之间相互传输;6小时持续时间最少,说明沙尘不能长时间输送。综上所述,雅鲁藏布江中游沙尘天气即有局地供应,又有区域传输,各站点之间相互影响,形成复杂的空间交互网络。因此,为了减少研究区沙尘灾害的影响,应该立足于全面协调协作进行治理。     

The retrieval of the Asian dust depolarization ratio in Korea with the correction of the polarization-dependent transmission

The linear particle depolarization ratios were retrieved from the observation with a multiwavelength Raman lidar at the Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Korea (35.11°N, 126.54°E). The measurements were carried out in spring (March to May) 2011. The transmission ratio measurements were performed to solve problems of the depolarization-dependent transmission at a receiver of the lidar and applied to correct the retrieved depolarization ratio of Asian dust at first time in Korea. The analyzed data from the GIST multiwavelength Raman lidar were classified into three categories according to the linear particle depolarization ratios, which are pure Asian dust on 21 March, the intermediate case which means Asian dust mixed with urban pollution on 13 May, and haze case on 10 April. The measured transmission ratios were applied to these cases respectively. We found that the transmission ratio is needed to be used to retrieve the accurate depolarization ratio of Asian dust and also would be useful to distinguish the mixed dust particles between intermediate case and haze. The particle depolarization ratios of pure Asian dust were approximately 0.25 at 532 nm and 0.14 at 532 nm for the intermediate case. The linear particle depolarization ratios of pure Asian dust observed with the GIST multiwavelength Raman lidar were compared to the linear particle depolarization ratios of Saharan dust observed in Morocco and Asian dust observed both in Japan and China.     

沙尘天气过程起沙特征的观测试验和参数化研究进展

沙尘天气过程研究中,起沙过程是沙尘传输和沉降的基础,沙尘模式中的起沙参数化方案决定了能否准确模拟和预报沙尘天气。试验观测和数值模拟是研究起沙过程的重要途径。基于风蚀起沙的物理机制,总结了起沙机制和起沙特征的研究成果,介绍了风蚀起沙的主要影响因子,回顾了起沙关键参数（临界起沙摩擦速度（u*t ）或临界起沙风速（Ut ）、水平跃移沙尘通量（Q）和起沙通量（F））的试验观测及其沙尘模式应用中的参数化方案,并讨论了不同起沙参数化方案的应用与校验。同时,针对目前研究中存在的问题和今后可能的研究方向提出建议。     

An Observational and Numerical Study on the Topographic Influence on Dust Transport in East Asia

Based on observations and numerical simulations, the topographic impacts on dust transport in East Asia were studied. Two regions frequently attacked by dust storms have been confirmed： one is the western part of Inner Mongolia and the southern Mongolia （namely the Mongolia Plateau）, and the other is the Tarim Basin. The most frequent dust storm occurrence area within the first region appears in its hinterland while that of the second one lies in its southern boundary. Moreover, the region from the northeastern edge of the Tibetan Plateau （TP） to the Loess Plateau is attacked by dust storms second frequently. The dust storms frequently occurring over the Mongolia Plateau axe related not only to the abundant sand and dust sources, but also to the special topographic conditions of East Asia. The most significant factor that influences the dust storms forming in the hinterland of the Mongolia Plateau is the canyon low level jet （CLLJ）, which dominates around the southern areas of the Altay-Sayan Mountains with an east-west direction in the beginning of its formation, and is accompanied by significantly enhanced surface wind afterwards. Due to the obstructive effects of the CLLJ, a lot of dust particles carried by the southward down-slope cold air mass would pile up over the southern slope of the Sayan Mountains. Meanwhile, uneven surface conditions are favorable for the dust particles to go up into the upper atmosphere. With the dust particles piling up continuously, a dust layer is formed in the troposphere and can be recognized as a ＇!dust accumulating container＂, which provides abundant dust particles to be transported later to the downstream areas. Additionally, the topographic features of East Asia also exert a great influence on dust transport. Generally, the easterly CLLJ enhances the easterly dust transport. The down-slope air current over the southern Sayan Mountains and the air flow surrounding the TP near its northeastern edge enhance the southward dust transport. Lastly, weather system influences are also examined. The weathers associated with cold fronts frequently appear over the areas of Mongolia and North China in springtime. The cold front system, in general, carries the sand and dust southwards. Among all topographic influencing elements, the rounding effect of the TP is the strongest. Under the combined influences of the cold front and the rounding effect of topography, most sand and dust particles are transported and then deposited over the Loess Plateau.