中亚沙尘气溶胶时空分布特征及潜在扩散特性分析

中亚地处干旱和半干旱气候区,是全球沙尘气溶胶贡献度较大的区域。利用中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectrometer, MODIS）和云—气溶胶偏振雷达（Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization, CALIOP）遥感数据,从宏观角度对2002-2015年中亚地区气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）时空分布特征及沙尘气溶胶光学特性垂直分布特征进行分析,利用拉格朗日混合型的扩散模型（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory, HYSPLIT）讨论沙尘运输的季节性变化。结果表明：① 中亚AOD空间分布呈现显著的季节性差异,四季均值春（0.412）>夏（0.258）>冬（0.167）>秋（0.159）,14年间呈现增加趋势;② 中亚AOD高值区域主要集中于咸海地区和新疆的塔里木盆地,其中,咸海地区AOD年均值为0.278,年均增幅为3.175%,主要受咸海退化所导致的干涸湖底裸露面积加大的影响;塔克拉玛干沙漠地区AOD年均值为0.421,年均增幅0.062%,主要受温度和风速两方面的影响,不同季节下主导因素略有差异;③ 尘源区气溶胶主要集中在近地面0~2 km范围内,沙漠上空气溶胶退偏比范围（10%~45%）略大于咸海上空（15%~30%）;咸海地区色比值（0.3~0.8）小于沙漠地区（0.5~0.9）,且在0~2 km和4~6 km有两个高频色比值分别为0.5和0.3,说明相比沙尘气溶胶,咸海地区的盐尘气溶胶球形程度较高,颗粒更小,飘散高度更高;④ 咸海地区盐尘潜在扩散方向主要以东北,西南和南为主,向东北方向的扩散距离最远,影响范围可达俄罗斯中部地区,西南方向扩散路径高度和距离较近,主要影响乌兹别克斯坦和土库曼斯坦,但发生比例相对较高,塔克拉玛干沙漠地区起尘后大部分沙尘颗粒仍沉降在尘源区附近,向东部地区扩散的沙尘气溶胶,主要影响中国青海、甘肃、宁夏、陕西等地区。     

河西走廊干旱区气溶胶粒子光吸收特征

利用2008年4-6月在张掖气候观象台的黑碳仪观测资料,结合同时期的PM10浓度和气象要素观测结果,分析了河西走廊干旱区的气溶胶吸收系数变化特征。讨论了气溶胶总体特征、日变化特征、局地风对吸收性气溶胶的输送以及沙尘天气下气溶胶吸收系数变化特征,并估算了沙尘气溶胶的质量吸收系数。结果表明,观测期间气溶胶吸收系数（532 nm）的平均值（标准差）为11.9 Mm-1（10.1 Mm-1）。一日内气溶胶吸收系数有明显的日变化,早（08:00）晚（21:00）有两个峰值,且夜间的气溶胶吸收系数值较白天要高。风向的昼夜转换是影响气溶胶吸收系数日变化的一个重要原因。沙尘气溶胶也有一定的吸收性,其质量吸收系数估算为0.016 m2·g-1。     

基于CE318观测的广州市气溶胶光学特性

基于CE318太阳分光光度计观测数据,反演了广州市2011年全年的气溶胶光学厚度、浑浊度和波长指数,并对广州市气溶胶光学特性的全年总体特征、季节性特征、日变化等进行了分析。结果表明：1）2011年广州市气溶胶光学厚度（AOD）全年均值为0.53,处于较高水平。其中,春季AOD最大,均值为0.81秋冬季其次,均值为0.5左右;夏季最小,均值为0.43。浑浊度与光学厚度具有相似的特点。2）从频率分布上看,波长指数α＞1.2所占比例接近90%,在1.4~1.6之间的所占比例＞50%,说明广州市的气溶胶主控粒子为小粒径的烟雾粒子。3）广州市秋冬季节的波长指数α较大,分别为1.46和1.50;春季α为1.27,夏季α为1.13。春夏季节粗粒子有较大程度地增多。总体上看,广州市区气溶胶类型接近于城市-工业性气溶胶与海洋性气溶胶的混合类型。4）广州市AOD的日变化与人类活动较为一致,上午持续上升,中午T 13:00左右到达一个小高峰,随后趋于稳定,T 17:00左右开始缓慢上升。波长指数α与AOD无明显关系。     

气流输送对乌鲁木齐市PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度的影响

应用聚类分析法,对乌鲁木齐市2009-2010年逐日气流72 h后向轨迹按季节进行分类,结合对应时段的PM10、PM2.5和PM1.0观测数据,分析了不同气流输送轨迹对研究区3粒径段气溶胶浓度的影响.结果表明:冬季,气流对研究区气溶胶的搬运、稀释作用明显,气溶胶浓度平均值与对应气流移动速度成反比;春季,流经沙漠区的气流分组对应气溶胶浓度平均值偏高,且气溶胶谱分布向粗模态移动;夏季,大气清洁,携带城市气溶胶的西北气流对研究区气溶胶浓度平均值影响较大,未携带外源物质的几组气流流速与气溶胶浓度基本呈负相关;秋季,研究区受外源气溶胶影响不大,且气流对污染物的输送、稀释作用也不强烈,各分组气溶胶浓度差别不大.     

半干旱区冬春季黑碳气溶胶吸收特性的观测研究

利用2006年4月和12月锡林浩特观象台黑碳灰度仪的观测资料,分析了半干旱地区黑碳气溶胶浓度的变化特征,讨论了引起这些变化特征的影响因子。结果表明,黑碳气溶胶浓度冬季远大于春季,日变化呈明显的双峰型;讨论了风速对黑碳气溶胶浓度不同影响的范围,可知风速在较小的情况下（小于3.5 m·s-1）,黑碳气溶胶浓度值随风速的增大而减小;在3.5~4.5 m·s-1之间,风速增大,黑碳气溶胶浓度值也增大;风速较大（大于4.5 m·s-1）后,黑碳气溶胶浓度与风速之间没有明显的相关性。冬季12月由于黑碳气溶胶吸收作用造成的消光占总气溶胶消光的25%。     

夏季鄂海阻高活动天数的年际变化及其前期征兆分析

利用1951-2009年NCEP/NCAR高度场月平均资料、全球海表温度月平均资料、国家气候中心提供的东北地区24站逐月温度资料、鄂霍次克海阻塞高压（东阻）活动天数等数据,采用相关和奇异值分解分析（SVD）方法,分析夏季（6-8月）东阻活动天数的年际变化及其前期征兆,结果表明：夏季东阻活动天数年际变化阶段性明显,21世纪以来不仅处于强盛后期明显下降趋势阶段,而且年际变率显著增大;夏季东阻活动天数与中国东北地区中部及东部的温度呈显著负相关;春季至夏季赤道东太平洋（NINO3区）SSTA（特别是1977-2009年）呈El Niño位相是夏季东阻活动的最重要强迫源,当赤道东太平洋为El Niño状态,以及阿拉伯海与北太平洋西风漂流区为暖海温时,夏季东阻活动天数偏多;与夏季同期大西洋海温的SVD1模态表明,当大西洋海温SSTA整体上处于冷（暖）位相分布时,东阻活动天数偏少（多）;夏季东阻活动天数与春季NPO和极涡面积指数相关存在着的年代际变化特征,1951-1976年,夏季东阻活动天数仅与春季北半球极涡面积指数、亚洲极涡面积指数呈显著正相关, 1977-2009年,不仅与春季极涡面积指数呈正相关信号消失,而且,1951-2009年与春季NPO指数呈显著的正相关信号,在此期间也迅速减弱消失。     

沙漠与城市气溶胶散射系数变化比较

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站和中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所承担的乌鲁木齐大气成分观测站2010年1月1日至12月31日的单波段积分浊度计的观测资料,分析了沙漠（塔中）和城市（乌鲁木齐）两种不同下垫面地区的气溶胶散射系数的变化特征。（1）散射系数小时平均值：塔中地区变化范围在39.6～8 442.8 Mm^-1,平均值318.4 Mm^-1;乌鲁木齐变化范围在28.9～6 590.0 Mm^-1,平均值451.5 Mm^-1;乌鲁木齐小时平均值在1 000 Mm^-1以上的高值区间大于塔中地区。（2）散射系数日变化：塔中呈现单峰变化,其中最大值387.0 Mm^-1出现于凌晨02：00,最小值276.4 Mm^-1出现于午后的17：00;乌鲁木齐呈现三锋变化,3个峰值分别出现于09：00、14：00、22：00,与塔中地区存在明显差异。（3）散射系数月均值变化：塔中的月平均值最大是4月,为500.2 Mm^-1,最小是2月,为145.9 Mm^-1;乌鲁木齐月均值最大在2月,为1 086.3 Mm^-1,最小值在7月,为101.1 Mm^-1,两地区月均值变化整体呈现相反的现象。（4）散射系数季节变化：塔中地区春季>夏季>秋季>冬季;乌鲁木齐冬季>秋季>春季>夏季。     

甘肃敦煌雅丹地质公园区风蚀气候侵蚀力特征

风蚀气候侵蚀力是潜在风力侵蚀强度的重要表征。基于2013年和2014年风速、降水和空气温度、湿度等气象要素的实地观测数据,对甘肃敦煌雅丹地质公园区的风蚀气候因子指数进行了逐月的计算和分析。结果表明：（1）研究区风蚀气候因子指数为151.98±0.13,是全国的三大极大值区之一;（2）研究区风蚀气候因子指数不同于全国干旱半干旱区基本季节变化特征,夏季最大,春夏季明显高于秋冬季,与新疆和田地区的季节变化特征相似;（3）研究区风蚀气候因子指数具有4—8月持续高值、9月至翌年3月持续低值的月变化特征;（4）风蚀气候因子指数的决定性气象因子是风速,而降水的减弱作用甚微;（5）一般来说,雅丹地貌分布区风蚀气候因子指数≥150。     

近沙尘源区气溶胶光学特性的季节变化及其统计学描述

利用天空辐射计测定了敦煌地区1999年1月至2001年3月期间太阳直接辐射和散射辐射,采用“SKYRAD”反演模式同时反演了敦煌地区气溶胶光学厚度、体积尺度分布和折射指数实部,分析了其季节变化及统计学特性。结果表明,光学厚度存在明显季节变化,大致从12月开始存在明显的上升,3月或4月达到最大值,5—8月光学厚度逐渐减小,9—10月又有所上升,11月达到最小值,而波长指数的变化与光学厚度的变化基本相反;敦煌地区气溶胶光学厚度和波长指数的概率分布与其季节变化具有很好的相关性,并近似满足对数正态分布和正态分布;4个季节的气溶胶波长指数与光学厚度表现出一种相似的关系,并可以简单地利用一个指数函数加以描述;气溶胶尺度分布表现出双峰型结构,一种是位于半径0.25 μm附近的积聚态,另一种是半径7.7 μm左右的粗模态,且春季积聚态与粗模态之间存在着一个假模态;折射指数实部春季明显升高,对波长的敏感性较低,且4个季节的概率分布最大值均处在1.54～1.56范围内;两种情况下对实部值的概率分布进行拟合,发现其概率分布同样可以利用高斯模型加以描述,但是两种情况下春季与其他季节明显不同。     

东亚沙尘光学特性及其对辐射强迫和温度的影响

利用塔克拉玛干沙漠沙尘复折射指数数据对RegCM4-Dust耦合模式中的沙尘光学特性进行了更新,研究了东亚沙尘气溶胶光学特性对辐射强迫和温度的影响。结果表明：东亚沙尘气溶胶光学特性与模式默认值（OPAC模型）存在明显的差别,主要表现在：消光能力较弱;吸收性较弱,散射性较强;前向散射较弱,后向散射较强。2006年春季沙尘气溶胶光学厚度高值区主要位于塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠,鄂尔多斯高原及黄土高原等地区,最大值出现在巴丹吉林沙漠。采用东亚沙尘光学模型模拟2006年春季东亚地区大气顶净强迫为-4.86 W·m^-2,其中短波强迫为-5.34 W·m^-2,长波强迫为0.48 W·m^-2;地面净强迫为-11.23 W·m^-2,其中短波强迫为-13.70 W·m^-2,长波强迫为2.47 W·m^-2。2006年春季沙尘气溶胶导致东亚地区整体地面降温约0.21℃,陆地上降温明显,而海洋上温度变化不明显,甚至出现升温,这样将导致海陆间热力差异的改变,从而对东亚季风环流产生影响。     

中国西北地区气溶胶的三维分布特征及其成因

利用CALIPSO卫星遥感资料研究中国西北地区气溶胶的三维分布,分区域按类别讨论气溶胶的出现频率和气溶胶光学厚度（AOD）,并在此基础上,结合MERRA-2再分析数据探讨形成原因。结果表明：中国西北地区气溶胶含量较高,以沙尘和污染性沙尘为主,主要分布在塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和甘肃-内蒙古一带。气溶胶的出现频率季节变化不大,大气中气溶胶含量及其三维分布则有明显的区域性差异和季节变化。夏季,由于大气上升运动明显,气溶胶分布较高,部分气溶胶可以被输送到天山山脉、青藏高原主体,甚至8 km的高空。塔克拉玛干沙漠的气溶胶以自然沙尘为主,主要分布在4 km以下,受地形影响该地区局地环流明显,三维分布主要取决于局地排放和垂直输送,AOD的季节变化与沙尘排放一致,春季>夏季>秋季>冬季。古尔班通古特沙漠和甘肃-内蒙古一带的气溶胶消光系数较小且分布零散,气溶胶种类复杂,除了自然沙尘还有大量的污染性沙尘（出现频率约为0.15,AOD约为0.03,甚至可以大于自然沙尘）、污染性大陆气溶胶和烟尘。这是因为,这些地区受局地排放和远距离输送的共同影响,上游气溶胶在西北风的作用下输送而来和局地排放的气溶胶混合并继续向下游输送,沙尘气溶胶经过远距离输送变性为污染性沙尘。     

The PM10and PM2·5 dust generation potential of soils/sediments in the Southern Aral Sea Basin, Uzbekistan

The objective of this study was to assess the contribution of the major soil/sediment surfaces in the Southern Aral Sea Basin to the dust generation potential of this region. Eight crusts and soils/sediments from seven sites, representative of these surfaces, were sampled in the field and their major characteristics (particle size distribution, organic carbon content, carbonate content, salt content and composition) that are related to dust generation, were determined. The PM₁₀ and PM_2·5 dust generation potential of the materials was determined in the laboratory using the Lubbock Dust Generation, Analysis and Sampling System (LDGASS). The highest amount of PM₁₀ dust (579·3 mg.m⁻³) was generated from the Takyr crust material. The lowest by one Solonchak salt crust material (39·6 mg.m⁻³). Salt crusts from the desiccated Aral Sea bottom generated intermediate amounts of dust.The experimental results indicate that the Takyrs and Takyr-like soils, that occupy over 1 million ha in the Southern Aral Sea Basin, constitute the surfaces with the highest potential for being the source for the severe dust storms of the area. Second to the Takyr soils, the Solonchaks and Solonchak-like soils, also with an extent of over 1 million ha, contribute highly saline dust. To these must be added a large, as yet uncharted, proportion of the approximately 4 million ha of exposed sea bed, that exhibit Solonchak-like characteristics.     

中国西北干旱半干旱区气溶胶分类及特征

基于2013—2015年CALIPSO星载激光雷达的Level 2数据集资料，对中国西北干旱半干旱区的气溶胶进行了分类研究，并对不同种类气溶胶在不同光学厚度下的年均发生频率做以分析。结果表明：沙尘气溶胶整体随气溶胶光学厚度值增大呈下降趋势；而污染沙尘型气溶胶在6类型气溶胶出现频率最高；大陆污染型气溶胶频率集中在[0.1，0.35]，随气溶胶光学厚度值的增大频率呈升高趋势；烟尘型气溶胶频率集中在[0.2，0.4]，在不同气溶胶光学厚度值情况下，频率较大陆污染型气溶胶高，随气溶胶光学厚度值的增大频率呈上升趋势；从四季来看，秋季和冬季当气溶胶光学厚度值大于0.1时，大陆污染型气溶胶频率明显高于沙尘气溶胶。春季，河西地区的气溶胶光学厚度高于其他三季，而在研究区域的南部和东南部，秋、冬季的气溶胶光学厚度值高于春、夏季。气溶胶光学厚度秋季 > 春季 > 夏季 > 冬季。     

2001—2018年中亚干旱区地表水资源时空变化特征

基于2001—2018年长时间序列地表水遥感监测数据,提取中亚五国地表水面积信息,通过动态度法、变化斜率法和相关分析法揭示中亚五国地表水面积的时空动态变化特征并对其进行驱动力分析。结果表明：① 中亚五国地表水呈“北密南疏”分布特征,中北部地表水变化明显。近18 a来,季节水面积呈显著增加趋势,增加了133.55%,而永久水呈波动减少趋势,减少了17.27%。哈萨克斯坦地表水面积占比最大且变化也最为明显,其次是乌兹别克斯坦,其余三国无较大变化。② 2001—2018年,中亚五国全区季节水动态度为7.42%,并呈快-慢-快的增长趋势,而永久水呈增长-下降-增长的演变趋势,乌兹别克斯坦地表水变化最为活跃;北部边缘及图尔盖洼地、西部里海沿岸和咸海地区永久水面积显著减少而季节水显著增加,永久水向季节水转换现象明显。③ 中亚五国增温趋势不明显,降水呈减少趋势,人口、GDP和耕地均呈增加趋势。中亚五国地表水面积变化主要受社会经济因子的影响,气候因子对地表水的影响不显著。     

塔克拉玛干地区气候变化对全球变暖的响应

从地面水汽压(大气含水量)、平均风速、湿润指数、相对湿度和气压的角度分析在全球变暖的情况下,塔克拉玛干地区气候的年和季节变化特征,结果表明:①年和四季平均风速呈阶梯式下降趋势,具有显著减小的线性趋势,并于1973年发生了由大到小的突变。②夏、秋、冬季和年地面水汽压(大气含水量)自20世纪80年代以来呈较大幅度波动式上升,具有显著的线性增加趋势。夏、秋季地面水汽压于1969年和1973年发生了由少到多的突变。秋、冬季大气含水量的显著增加并没有导致降水量的增加,降水量的变化不能充分反映大气含水量的变化。③夏季湿润指数有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,而降水量夏季和年有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,说明综合反映气候干湿变化的湿润指数变化与单用降水量表示的气候干湿变化不完全一致。④夏、秋季和年相对湿度呈波动式上升趋势,夏季和年相对湿度分别于1970年和1974年发生了由低到高的突变。⑤年和四季的平均气压40a来无变化。     

The dynamics and characteristics of aeolian dust in dryland Central Asia: possible impacts on human exposure and respiratory health in the Aral Sea basin

The drying up of the Aral Sea has been described as one of the most staggering environmental disasters of the twentieth century. Over the last 40 years over 36 000 km² of the former seabed have been exposed, creating a potentially significant aeolian dust source. It is widely believed, but little researched, that increased dust storm activity in the region has had a major impact on human health. In this paper we report the findings of a study into the link between dust exposure and respiratory health amongst children in the Autonomous Republic of Karakalpakstan, Uzbekistan located on the southern shore of the Aral Sea. The findings indicate that dust deposition rates across the region are high, with sites located near the former shore of the sea being the worst affected. For these northerly regions the former bed of the Aral Sea is the most likely source of dust. The situation for the rest of the country appears to be far more complex. In these regions it appears that local sources and more distant sources to the south and south-west represent significant sediment providers, particularly in the early summer. Provisional analysis of the respiratory health data suggests that children living in the north of the country, where aeolian dust deposition rates are greater, show a lower frequency of respiratory problems. This inverse relationship requires further investigation, but highlights the complexities of environmental and human health inter-relationships.     

20世纪60年代以来中亚地区的盐尘暴

中亚是盐尘暴高发地区之一,由自然因素和人文因素引起的沙质和盐质荒漠广泛分布。据初步估计,平均每年从干涸的咸海盆地通过空气输送出的盐尘为05×10⁶t到20×10⁶~30×10⁶t不等。这些盐尘的沉降受地形、风力和距源地的距离的影响。中亚地区盐尘暴的季节性和频率受降雨的影响很大。盐尘不仅影响气候,还会给人们的健康与经济活动带来不利影响。通过对过去近40年研究工作的总结和分析,对中亚地区盐尘暴的现状及其未来变化有了基本的认识:(1)盐尘的产生、搬运和沉积在中亚地区是目前的普遍现象,特别是在咸海区域。(2)过去近40年的咸海危机证明:适当的自然保护需要很长的时间和大量的资本投入。(3)要缓和目前的现状并创建一个稳定的、健康的环境,在实施各项计划中需要综合考虑社会、经济与生态问题。     

库尔勒市大气颗粒物浓度特征及来源北大核心CSCD

在塔里木盆地东北部库尔勒市大气颗粒物逐时数据(2015年1月至2020年12月)污染特征分析的基础上,利用HYSPLIT模型、聚类分析、潜在源贡献因子分析(PSCF)、浓度权重轨迹分析(CWT)分析不同季节库尔勒市颗粒物传输路径与潜在源区,揭示研究期间库尔勒市不同季节大气颗粒物的潜在源分布及其贡献水平。结果表明:2015—2020年库尔勒市PM_(2.5)、PM_(10)年均值分别为47.7±20.0、162.2±102.4μg·m^(-3),超过国家年均值二级浓度限值132%、36.3%,PM_(10)为主要污染物;颗粒物季节变化呈现冬春高、夏秋低的变化特征;PM_(2.5)/PM_(10)值春季最低(0.29),冬季最高(0.47),PM_(2.5)/PM_(10)值整体呈下降趋势;气流输送路径主要来自西风短气流,其次为吐鲁番盆地的东灌气流;塔里木盆地全年四季都是库尔勒市颗粒物的主要贡献源区,颗粒物浓度贡献水平春冬季较高,夏秋季较低。