青藏高原东北部降尘通量及粒度特征分析

青藏高原东北缘是柴达木沙尘暴东移的必经之道和沉降区,对青藏高原东北部降尘时空分异特征进行分析,有助于认识青藏高原区域粉尘输送的现代过程和机制。2013年12月至2015年5月分别在青海湖小泊湖(XBH)、西宁多巴(DB)、西宁青海师大科技楼顶(KJLD)设置降尘缸,进行湿法收集。对其降尘通量和粒度特征进行了时空分异特征分析,结果显示,1)西宁地区2014年降尘通量为442~542 g/m~2·a,青海湖XBH采集点指示的2014年降尘通量为415 g/m~2·a,降尘通量年际变化较大,各站点降尘通量季节变化趋势一致,降尘主要集中在冬春季,夏季降尘通量最低;2)各站点降尘粒度组成特征非常相似,以粉砂为主(4~63μm),西宁地区尘暴与非尘暴降尘粒度频率曲线呈近似正态分布,尘暴期间降尘粒径较非尘暴时段大;3)XBH、DB和KJLD 3点所有样品平均粒径分别为37μm、34μm和31μm,中值粒径分别为31μm、27μm和26μm;对比低海拔兰州尘暴粒径特征,发现降尘粒径存在一定的海拔依赖性,即粒度随海拔增高逐渐变粗。     

中国北方不同区域典型站点降尘特性的对比

2001年4月—2002年3月,选择位于中国北方沙尘源区的沙坡头和奈曼及位于黄土高原的古县进行了一年的大气降尘监测,并对不同季节降尘量、降尘粒度分布和元素组成进行了系统分析。不同站点大气降尘的这些特性的相同点可能反映了中国北方大气降尘的共性,不同点则反映了沙尘源区与沉降区大气降尘的差异。相同点主要表现为:降尘均主要源于地表沙尘释放,且以地方性颗粒物为主;季节分布均为春季最大、夏季次之、秋季最小;冬半年降尘中远源粉尘含量均大于夏半年,且降尘均主要表现为常态存在的非尘暴降尘。差异性主要表现为:奈曼和古县降尘中人为影响较大;古县降尘受远源影响最大,奈曼次之,沙坡头最小;降尘中粗颗粒物含量以沙坡头最高,古县略低于奈曼;粒度特征的季节变化受风力、源区距离、搬运方式和源区物质组成等因素的共同影响,且具有明显的区域差异。此外,降尘粒度大小与风力并不一定呈正相关,因此,利用黄土粒度来指示冬季风强度时必须结合其他代用指标才能做出较正确的判断。     

降尘过程指示的沙尘循环过程

 大气降尘过程受诸多因素的影响,如沙尘源区的性质、输送距离、降雨量等。利用甘肃省10个城市15 a间(1986—2000年)的降尘监测资料与气象资料,主要分析了沙漠戈壁区与黄土区降尘的差异及原因。结果表明：①西北干旱区的降尘量主要与沙尘事件频次有关;②沙漠戈壁区的大气降尘量大于黄土高原区;③降尘量在强沙尘源区,呈现出显著的高值中心。随着沙尘自西向东输送,降尘通量随输送距离的增加而减少。     

风蚀事件中农田土壤PM10释放特征

地表风蚀导致的粉尘释放涉及全球变化研究的热点。自然条件下对粉尘释放的观测可以为风洞试验结果提供验证并为开发预测模型提供数据支撑与关键参数。本研究在河北坝上风蚀区，通过观测风蚀事件中农田近地表PM₁₀浓度、垂直通量与流失通量，以及风速和风沙流强度的变化，探讨农田风蚀过程中的粉尘释放特征。结果表明：地表风蚀释尘对近地表粉尘浓度的影响随高度增大而逐渐减弱，各高度的粉尘浓度变化趋势与摩阻风速、输沙率变化趋势相同；粉尘垂直通量和流失通量与摩阻风速呈幂函数关系，与输沙率呈线性关系；农田土壤跃移颗粒的轰击效率α数量级为10^-7m^-1。     

闽江河口藨草湿地CH_4排放特征

用静态箱法,在2007年阴历每月(除2月和4月外)的初三或初四以及2007年7月12～13日(生长季)和12月16～17日(非生长季),分别采集闽江河口鳝鱼滩藨草(Scirpus triqueter)湿地的气体样品,利用GC-2010气相色谱仪分析样品的CH4浓度,并计算CH4排放通量.结果表明,10个月中,藨草湿地CH4排放通量涨潮前和落潮后的最大值分别出现在7月和8月,最小值分别出现在3月和1月;涨潮前和落潮后CH4排放通量变化范围分别为0.39～9.08 mg/(m2·h)和0.95～12.78 mg/(m2·h);各观测月藨草湿地涨潮前和落潮后CH4排放通量与距地表1 m气温和20 cm土温有显著的正相关关系(n=10, p<0.01),此外,涨潮前各观测月藨草湿地CH4排放通量与盐度显著负相关(n=10, p<0.05),与土壤含水量显著正相关(n=10, p<0.05);夜间的CH4排放通量总体低于白天;生长季和非生长季日变化观测中,各观测时刻藨草湿地CH4排放通量的变化范围分别为2.43～12.66 mg/(m2·h)和0.09～1.30 mg/(m2·h),潮汐是影响CH4排放通量日变化的主要因子.     

塔克拉玛干沙漠塔中地区春夏季风蚀起沙研究

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的观测资料,对塔中地区春夏季地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和起沙风速进行了分析研究,并计算了2008年4月19日和7月19日两次沙尘暴天气过程沙漠地表的风蚀起沙量。结果表明:塔中地区春夏季地表起沙的临界摩擦速度为0.26 m·s-1;2 m高度的临界起沙风速约为4.1 m·s-1;两次沙尘暴过程的顺风向沙粒通量和垂直尘粒通量的平均值分别为17.44×10-4 kg·m-1·s-1 、13.8×10-8 kg·m-2·s-1、164.69×10-4 kg·m-1·s-1和799.77×10-8 kg·m-2·s-1;沙尘通量的变化与风速及摩擦速度的变化具有一致性。     

青海苏干湖表层沉积物粒度分布模式 与大气粉尘记录

位于干旱区柴达木盆地具有年纹层的苏干湖是以地下水补给为主的内陆封闭湖泊, 其表层沉积物粒度具有多组分峰态分布特征, Weibull 函数的拟合结果发现, 其粒度分布全部具 有4 个基本组分: 超细粒组分, 众数粒径在1 μm 上下; 细粒组分, 众数粒径在5~10 μm; 粗粒组分, 众数粒径在50~100 μm; 砂组分, 众数粒径在500 $m 左右。粒度主峰出现在细 粒组分或者粗粒组分。直接来自大气粉尘的冬季湖泊冰面样品及当地尘暴样品的Weibull 函数粒度拟合也显现出了相似的分布模式, 冰面样品的粒度主峰位于众数粒径在15~20 μmm 的 细粒组分, 砂组分(众数粒径452.9μm) 的出现指示出砂粒在冬半年沿冰面而进入湖泊中心。 尘暴降尘样品在尘暴季节(5 月份) 和非尘暴季节(11 月份) 的粒度分布普遍具有3 个组分, 缺少砂组分, 强沙尘暴事件样品则由4 个组分组成, 粒度主峰均位于众数粒径在100~200 μm 的粗粒组分。结果显示, 苏干湖湖泊沉积能够较好记录当地大气粉尘, 砂组分与湖泊周边干旱地表经历的近地面强沙尘活动有关, 粗粒组分记录了区域性的尘暴事件, 细粒组分主要反映 流域径流状况, 超细粒组分代表干旱区的大气背景粉尘和气溶胶。研究表明, 苏干湖内陆湖 泊沉积客观记录了区域大气粉尘和尘暴事件, 具有重建干旱区大气粉尘变化历史的潜在优势。     

青海省降尘量时空分布及其影响因素分析

大气降尘在生活中随处可见,与人们的生活息息相关。本研究应用青海省8个监测站2004-2010年降尘量资料及气候和社会资料,对青海省降尘量时空分布规律及其影响因素进行灰色关联度和主成分分析。结果表明,青海省降尘量城市大,偏远的瓦里关山小;月降尘量4月峰11月谷;季节降尘量春季＞夏季＞冬季＞秋季;年降尘量玛多和西宁呈下降趋势,共和与平安呈增加趋势,而瓦里关本底台、德令哈、同仁和格尔木降尘量年际间变化趋势不明显。沙尘天气出现频率年际和年代际变化均呈减少趋势。气候因素与降尘量的关联度自青海省东部向西部逐渐增大;社会因素中与降尘量的关联度大于0.900的因子有造林面积、木材采伐量、房屋建筑竣工面积、烟尘排放量、植被盖度综合指数、人口、工业粉尘排放量和农作物播种面积;对与降尘量的灰色关联度大于0.8的19个社会、气候因子进行主成分分析表明,气候因子的载荷值明显高于社会因子,气候因素对降尘量的影响集中而突出,而社会因素影响复杂而分散。     

青海湖高寒湿地生态系统CO2通量和水汽通量间的耦合关系

利用涡度相关技术对青海湖高寒湿地生态系统不同时间尺度CO₂通量和水汽通量间的耦合关系进行了研究。结果显示：不同天气条件下青海湖高寒湿地生态系统30 min净CO₂交换量（NEE）与水汽通量间均显示了极显著负相关关系（P<0.0001）;30 min总生态系统生产力（GEP）与水汽通量呈极显著线性正相关关系（P<0.0001）;阴天水汽通量参与生态系统净CO₂交换和生态系统总碳吸收的比例最高。月均30 min NEE与水汽通量呈极显著线性负相关（R²=0.71,P<0.0001）。从植物返青期、生长期至枯草期,月均30 min的GEP与水汽通量不仅呈极显著线性正相关（P<0.0001）,且在生长期和枯黄期阶段表现出极显著一元二次多项式关系（P<0.0001）。在日尺度上,NEE日总量与日蒸散量呈极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.58,P<0.0001）;GEP日总量与日蒸散量呈极显著指数正相关（R²=0.42,P<0.0001）。在月尺度上,NEE月总量与月蒸散量呈极显著线性负相关（R²=0.60,P<0.0001）,两者还表现为极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.63,P<0.0001）。GEP月总量与月蒸散量呈极显著线性正相关（R²=0.51,P<0.0001）,且表现出极显著指数正相关关系（R²=0.64,P<0.0001）。     

农牧交错带农田土壤风蚀PM10释放特征

粉尘释放是风蚀造成危害的一个重要过程。以农牧交错带沙区和非沙区农田土壤为研究对象,利用室内风洞模拟实验,实时监测了风蚀过程中释放的PM₁₀,分析了PM₁₀的动态变化特征,以深入认识土壤风蚀粉尘释放机理。结果表明：非沙区农田土壤风蚀强度远低于沙区农田,与风速呈指数函数关系;非沙区农田的土壤粉尘释放在不同风速下均以气流直接抬升模式为主,平均PM₁₀通量与风速呈线性函数关系,最大PM₁₀通量与风速呈幂函数关系;沙区农田的土壤粉尘释放在风速增大到一定程度后呈气流直接抬升和砂粒跃移冲击复合模式,最大PM₁₀通量增加不明显,但平均PM₁₀通量明显高于非沙区农田;对于沙区和非沙区农田而言,平均PM₁₀通量与风蚀速率呈对数函数关系。     

Spatial trends of dustfall over northern China in the spring and their influencing factors

The spatial trends of dustfall of different sizes over northern China during April and May 2001,and March 2002,and their influencing factors,were analyzed.We divided the dustfall into seven grades based on particle size.Total dustfall and dustfall for each grade were highest in desert regions then in regions undergoing desertification,and the total dustfall,dustfall 100 μm and dustfall 250 μm were higher in western agricultural regions closer to desert areas than in eastern agricultural regions.The spatial trends in dustfall 300 μm in diameter were most strongly correlated with dust events,and the content of coarse particles increased with increasing severity of dust events.Because the spatial trend for dust events appears to be controlled by geomorphic conditions,vegetation coverage,soil moisture,and the distance from dust source,dustfall 300 μm in diameter appears to have the same controlling factors as dust events,but the control decreases with increasing particle size.Wind,the driving force for dust emissions,also influenced the spatial trends in dustfall 200 μm in diameter,and especially for dustfall 50 to 100 μm in diameter.Although dustfall 300 μm in diameter and precipitation were not strongly spatially correlated,there is some evidence that high precipitation decreased deposition by restraining blowing sand.The coarser the dustfall,the weaker the correlation with wind speed;however,transport of larger particles still occurs,and further research will be required to test the possibility that this dust is entrained mainly by the small-scale dust devils that are commonly observed in the study area.     

干旱草原地区起沙通量的初步研究

通过宽范围颗粒谱仪WPS以及20 m梯度塔获得的观测资料,计算了朱日和地区沙尘天气下的起沙通量、摩擦速度以及临界摩擦速度,得到以下结论：①起沙通量大小与沙尘天气的强度呈一定的相关关系,随着沙尘天气强度的增大,起沙通量大小也增大。3月26日与4月6日两次沙尘天气下,沙尘暴和扬沙天气的平均起沙通量分别为6.0亿kg·m-2·s-1和4.14亿kg·m-2·s-1。②朱日和地区地表摩擦速度一般都在<1 m·s-1的范围内,n取1或2时,起沙率与Un*线性相关最好。③计算得到了观测粒子段的临界摩擦速度值。临界摩擦速度U*t随着粒径的增加呈先减小后增大趋势。     

柴达木盆地表土与大气降尘粒度Weibull组成及其环境意义

柴达木盆地北部现代地表不同沉积环境沉积物粒度分析结果显示,多数盆地地表沉积物质呈Weibull三峰分布,具有超细粒、细粒、粗粒3个组分,个别样品包含沙粒组分,绝大多数的样品匮乏细粒-超细粒组分,以高含量分选性较好的粗粒组分和低含量分选性差的细粒-超细粒组分为总体特征。现代沙尘暴天气降尘粒度分布模式较为单一,以高含量窄峰态的粗粒组分为显著特征。依据含量最高主峰所在Weibull粒度组分,本研究将全部粒度分布分为3种类型:以高含量细粒组分主导的F型、以高含量粗粒组分主导的C型和以高含量沙粒组分主导的S型。比较沙尘暴降尘、季节降尘和年降尘粒度分布模式的结果表明,研究区全年和季节大气降尘主要由沙尘暴天气降尘贡献,在细粒和超细粒组分上,同时混合有尘暴释放和正常天气条件下大气本底粉尘沉降两种来源的风尘成分。分析冬季研究区湖泊（苏干湖）冰层粉尘粒度分布模式发现,细粒组分含量显著偏高,可达70.6%,明显有别于其他沉积环境粒度组成,对比年降尘细粒-超细粒组分成因我们初步认为,细粒组分可用于指示冬季风盛行季节近地面大范围风场搬运风尘物质的状况。     

2007年春季沙尘暴对辽宁中部城市群空气质量的影响

根据大气降尘量和可吸入颗粒物PM10 、PM2.5、 PM1的观测资料,分析了2007年春季发生于我国北方的两次沙尘暴天气过程对辽宁中部城市群空气质量的影响。结果显示,沙尘天气使各城市大气降尘量与可吸入颗粒物PM10和PM2.5的质量浓度明显增高,空气质量明显下降。在3月31日和5月7日的两次沙尘暴过程中,城市群的大气降尘量比当月日平均值分别增加了1.5倍和2.5倍,各城市PM10的日均质量浓度比沙尘出现前一日分别增加了0.2～2.6倍和1.5～3.8倍。3月31日除铁岭和鞍山空气质量状况为良外,均达到轻微污染程度;5月7日鞍山达严重污染程度;沈阳、辽阳、本溪、铁岭和抚顺的空气质量均为中度污染或中度重污染。沙尘暴期间1.0～10.0 μm的粗粒子为影响辽宁中部城市空气质量的主要成分,其小时平均质量浓度最大时是沙尘出现前的10～30倍。     

策勒绿洲沙漠过渡带小气候的空间差异

对策勒2011年1—12月4个不同下垫面的风速、温度、湿度、光合有效辐射的月差异进行分析,同时选取夏季晴天天气作为背景,比较沙尘暴、扬沙、浮尘、阴雨天时4个下垫面气象要素的差异。结果标明:与流沙地相比,绿洲-沙漠过渡带半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2.0 m高处的6月平均风速依次减少了25.22%、27.93%、65.27%,12月绿洲内部0.5 m高处平均气温分别高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.39 ℃、1.21 ℃、2.70 ℃。5—10月4个下垫面之间温、湿度差异较春、冬季显著,7月流沙前沿2.0 m高处平均气温分别比半固定沙地、固定沙地、绿洲内部高0.35 ℃、1.61 ℃、3.75 ℃。沙尘暴天气下4个下垫面之间的风速差值依次小于扬沙、浮尘、阴雨、晴天天气下;在浮尘和晴天天气下,气温从流沙前沿到绿洲内部逐渐减低,相对湿度逐渐增加;沙尘暴和阴雨天气下各下垫面的气温和相对湿度无明显差异,扬沙天气下各下垫面之间温、湿度差异大于阴天天气,但小于浮尘和晴天天气;4个下垫面之间的光合有效辐射（PAR）在沙尘暴天气下差异最为明显,浮尘和阴雨天气下4个下垫面之间的PAR接近,晴天天气下各点PAR明显大于扬沙天气下,且各下垫面之间差异大于扬沙天气下的差异。     

塔里木盆地现代天然降尘磁性特征时空对比研究

塔里木盆地是北半球中、高纬度粉尘的重要源区。本研究在盆地南部的民丰县设置现代粉尘采样点,于2006年1月至2007年12月逐月采集样品。研究结果表明民丰县自然粉尘的月沉降通量为49.95 g·m-2,春、夏、秋季数值接近,冬季最低。粉尘中磁性矿物含量低,晶体粒径粗,矫顽力高,赤铁矿含量低。塔里木盆地自然粉尘和黄土高原黄土的磁学性质对比分析结果显示：黄土高原黄土的初始磁化率略低于塔里木盆地的现代降尘,二者的原生强磁性矿物的晶体粒径较粗,约为5 μm。粉尘在黄土高原沉积后,随着成壤过程中的生物化学风化作用加强,大量细粒强磁性矿物生成。同时,赤铁矿含量的增加也是指示成壤作用强度的重要标志。在塔里木盆地,人为源粉尘的磁性特征主要表现在强磁性和较低的矫顽力两方面。对盆地边缘地区的城市粉尘调查结果发现：北部城市粉尘的人为源输入强度高,磁学信号强;南部城市相对较弱。这与当地的经济发展状况、人口密度具有良好对应关系。环境磁学是进行粉尘环境监测和物源示踪的有效手段。     

防护林疏透度对近地层大气降尘的影响——以新疆策勒为例

防护林在削弱风速、减少风蚀的同时又可以影响近地层的大气降尘。为探讨防护林疏透度（β）对大气降尘的影响,对新疆杨防护林庇护区0.5 m和3 m高度降尘进行野外观测,并分析了两个高度降尘量空间分布。结果表明：β大于0.47时,防护林对降尘空间分布没有明显影响,0.5 m高度降尘量大于3 m高度,且林后3 m高度降尘量比较平稳,而林后0.5 m高度降尘量出现较大波动;β从0.47下降到0.2时,防护林可以明显影响林后降尘,两个高度降尘量变化趋势相似且平均降尘量差距减小;此段时间,林后两个高度均出现高降尘区,且0.5 m高度的高降尘区滞后于3 m高度。防护林在中等疏透度时（0.2～0.47）可以明显影响林后水平和垂直方向大气降尘,导致林后出现高降尘区,并促进3 m高度降尘,减小两个高度降尘量的差距。因此,应避免将易受降尘危害的作物种植在林后高降尘区。     

The Circulation Dynamical Structure of a Severe Dust Storm Process in Northwest China

 根据常规观测资料和美国NCEP/NCAR提供的1°×1° 6 h再分析资料,对2006年4月9—11日我国西北地区大范围沙尘天气过程环流动力特征等进行了分析。结果表明,高空急流、相对涡度和垂直速度在沙尘暴发生发展的不同时期有着较好的配置,沙尘暴发展的强盛期,相对涡度和垂直速度的不对称结构亦较强,在高空急流中心下方存在一个北部上升南部下沉的反环流,沙尘暴主要发生在高空急流中心南侧37°—44° N范围内,即在反环流区域的下沉气流区和热低压北部上升气流区。