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。     

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。     

基于激光云高仪的北京沙尘气溶胶特征分析

利用激光云高仪对2015年春天北京沙尘天气过程进行连续观测,结合常规地面气象要素、能见度和PM_(10)颗粒物质量浓度变化分析了两次沙尘天气过程中浮尘、扬沙和沙尘暴三类天气现象时气溶胶后向散射系数的时空分布特征,分析了云高仪后向散射系数与PM_(10)颗粒物质量浓度的相关性。结果表明:激光云高仪能够监测沙尘气溶胶粒子的时空变化,扬沙和沙尘暴期间后向散射系数随高度的增加而减小,后向散射系数在0.005 km~(-1)·srad~(-1)以上的沙尘层厚度约500 m;云高仪的近地面大气后向散射系数变化趋势与PM_(10)颗粒物浓度变化相同,10、50和100 m高度上的后向散射系数与PM_(10)颗粒物质量浓度的相关系数均在0.82以上。     

2010年春季民勤沙地近地面沙尘气溶胶浓度特征

为了更好地研究沙尘气溶胶起沙和输送特征,2010年4—5月,在民勤周边沙地利用EZ LIDAR ALS300ALS450型激光雷达和GRI MM180型颗粒物采样器进行了大气气溶胶的外场连续观测,取得了晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘气溶胶总后向散射垂直剖面图和PM10、PM2.5、PM1.0质量浓度采样资料,其中包2010年4月24日特强沙尘暴过程资料。结果表明:春季民勤近地层大气中沙尘气溶胶浓度较高,且随气象要素的变化很大;在整个观测期内,PM10、PM2.5和PM1.0的平均质量浓度分别为202.3、57.4μg/m3和16.7μg/m3。在不同天气条件下,PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度的变化有较好的相关性,但变化趋势有所不同。在沙尘暴天气条件下,PM10的日平均质量浓度高达2469.1μg/m3,是背景天气条件下PM10日平均质量浓度的100多倍,是浮尘天气条件下PM10日平均质量浓度的8倍,是扬沙天气条件下PM10日平均质量浓度的2倍。PM2.5在沙尘暴天气下日平均质量浓度为460.3μg/m3,是背景天气条件下PM2.5日平均质量浓度的45倍,是浮尘天气条件下PM2.5日平均质量浓度的6倍,是扬沙天气条件下PM2.5日平均质量浓度的1.4倍。PM1.0在沙尘暴天气条件下的日平均浓度为92.7μg/m3,是背景天气条件下PM1.0日平均浓度的13倍,是浮尘天气条件下PM1.0日平均浓度的7倍,是扬沙天气条件下PM1.0日平均浓度的1.3倍。可见,风速增大时,沙尘粒子浓度的增加对粒子粒径是有选择的,小粒子比重随沙尘浓度增加而相对减小,大粒子比重随沙尘浓度增加而相对增多。通过对2010年4月24日特强沙尘暴过程的研究表明,一次沙尘暴过程往往包括沙尘暴、扬沙和浮尘天气中的两种类型。通过对激光雷达数据分析发现,在强沙尘暴发生过程当中,民勤沙地发生了非常严重的风蚀起沙现象。     

基于Grimm180粒子仪对塔克拉玛干沙漠沙尘暴的定量观测

为了得到沙尘粒子和沙尘质量浓度的实时定量特征,利用Grimm180粒子仪在塔克拉玛干沙漠对沙尘暴进行了实时观测。通过分析Grimm180粒子仪在2018年5月20日和24日两次沙尘暴过程观测的数据得到:在浮尘、扬沙和沙尘暴期间,PM_2.5的质量浓度值随时间变化不大,一般PM_2.5浓度值<1500μg·m^-3,而PM₁₀在不同阶段的变化比较明显,数值在2000~6000μg·m^-3。沙尘粒子谱和沙尘质量浓度谱的分布形状在浮尘、扬沙和沙尘暴基本相同,当粒子直径>0.35μm时,粒子数浓度随直径的增大近似符合M-P分布。从浮尘到扬沙再到沙尘暴,小粒子区(D≤1μm)的占比越来越小,而中粒子区(1μm10μm)的粒子数越来越多并且占比越来越大。当粒子直径为0.35μm左右时,粒子数浓度达到最大值;当粒子直径在25~32μm时,沙尘质量浓度的值最大。在浮尘和扬沙阶段,PM_2.5/PM₁₀>25%;每分钟1 L体积内的沙尘粒子总数大约是4×10⁵,最大沙尘质量浓度<20μg·L^-1。在沙尘暴阶段,PM_2.5/PM₁₀<15%;每分钟1 L体积内的沙尘粒子总数>5×10⁵,最大沙尘质量浓度>25μg·L^-1。这些结论为准确地分析沙尘暴的定量特征提供了科学依据。     

典型沙尘天气过程近地层气象要素演变特征

选取2009年3月至2010年3月期间观测到的3次典型沙尘天气过程,利用大同国家基准气候站的20m气象梯度塔的风速、气温、相对湿度的观测资料,PM10质量浓度资料以及能见度的部分观测资料,分析了近地层气象要素和PM10质量浓度的演变特征。结果表明:风速在沙尘暴、扬沙的发生、发展过程中均较大,浮尘较小。3种沙尘天气条件下,1m、2m、4m、10m高度与20m高度的风速比大致在0.48~0.84和0.41~0.79范围内,局地扬沙过程中近地层风速梯度较大。在浮尘天气过程中,观测到的近地层气温变率与同一季节的昼夜气温变率有较明显差别,反映了沙尘气溶胶的辐射强迫对局地温度变化速率的影响。在沙尘天气过程中,还观测到相对湿度与气温之间的反常变化,反映了来自于沙漠地区干燥气团的可能影响。总体上,沙尘暴、扬沙、浮尘天气条件下的PM10平均质量浓度水平存在依次递减的趋势,但是沙尘天气的PM10平均质量浓度水平并不唯一与风速大小有关,尤其是在沙尘天气持续发展的后期,随着近地面沙尘颗粒尺度谱性质的改变,PM10质量浓度会出现下降,导致能见度、风速变化与PM10质量浓度变化趋势不相一致。     

贺兰山地区沙尘暴若干问题的观测研究

利用贺兰山地区沙尘暴历史资料和综合观测资料 ,对大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴发生期间的大气气溶胶数浓度谱、质量谱、大气总悬浮颗粒 (TSP)及粒径分布、微气象、分光日射观测以及沙尘样品进行中子活化处理 ,分析了该地区浮尘、扬沙和沙尘暴形成规律 ,气候变化特征和贺兰山的影响。并综合研究了沙尘气溶胶尺度谱特征、光学厚度和化学组分等变化特征 ,提出了若干结果。     

大连一次沙尘天气的遥感研究

利用中韩合作沙尘暴监测项目的微脉冲激光雷达（micro pulse lidar,MPL）观测了2005年11月6日影响大连的一次沙尘天气过程。MPL观测发现,影响大连的沙尘气溶胶层位于1～2km高度,厚度达1km,层内最大消光系数高达1．08km^-1,占整层气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）的47％,接触到地面后可使地面消光系数达到0．23km^-1。沙尘气溶胶层与气象要素的垂直分布密切相关,整层的相对湿度很低。沙尘气团影响时地面空气动力学直径小于10μm的粒子质量浓度（PM10）达到峰值1678．9μg&#183;m^-3,PM10的时间变化与MPL反演的近地面消光系数相当一致．两者之间的转换系数在1．94到6．50mg&#183;m^-3&#183;km^-1之间.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶对低层大气的加热效应

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站2006年8月1日-2007年7月31日近地层80 m铁塔逐时温度、辐射和5 minPM10浓度、黑碳(BC)质量浓度、散射系数等数据,结合地面常规气象数据筛选出四季沙尘过程,剔除云的影响,以每次沙尘过程的晴空为大气背景值,分析沙尘气溶胶对低层大气的加热效应.结果表明,沙漠腹地沙尘过程对低层大气日平均温度有显著的增温效应,扬沙在冬、春季最剧烈,日平均温度分别高出晴空3.4和3.8℃,沙尘暴其次,浮尘最小.沙尘过程显著地增大了大气逆辐射量,沙尘暴日平均为晴空的1.24倍,扬沙为晴空的1.21倍.沙尘影响低层大气温度梯度分布,显著缩短了大气的逆温时间,减弱了逆温强度.沙尘过程对低层大气增温的原因,春季是大粒子浓度的显著增大,冬季是吸收性粒子的增多,而夏、秋季则为小粒子浓度的增大和散射系数的增大.低层大气温度梯度在扬沙天气随PM10的增加而减小,主要由低层10m以下大气温度变化引起;浮尘天气主要与小粒子浓度关系密切,其影响高度最大,春、夏季可以达全层80 m,秋、冬季也可超过32 m;沙尘暴一致性较差,除秋季外,均由2 m以内温度变化所致.     

基于航测数据的河北中南部雾霾天气气溶胶及云凝结核研究

2009年秋季利用夏延飞机观测平台对河北中南部雾霾天气条件下的气溶胶及云凝结核CCN进行观测,得到气溶胶、CCN数浓度及尺度的垂直廓线及粒子谱等特征,研究雾霾天大气气溶胶的分布、来源特征以及气溶胶与云凝结核的转化关系。研究发现:霾天气条件下边界层附近的气溶胶垂直分布特征有很大不同。边界层以上气溶胶浓度随高度递减,数浓度量级约101~102个·cm~(-3);边界层附近和近地面气溶胶浓度有峰值出现,近地面数浓度量级达103个·cm~(-3)。气溶胶粒子平均直径范围为0.16~0.18μm。600 m、1 000~2 000 m之间的气溶胶平均粒子谱大体呈单峰分布;3 000~4 000 m、6 000~6 900 m之间的粒子谱呈双峰分布。受气溶胶来源及特性差异的影响,在0.3%过饱和度下,3 000 m以下的气溶胶活化为CCN的比例不到20%,3 000 m以上活化比例高达50%。Hysplit后向轨迹模拟的气团移动轨迹显示,6 000 m以上的大气高层受我国西北地区远距离输送作用影响,沙尘粒子吸湿活化为CCN。低层气溶胶主要受下垫面及近地面污染排放影响,气溶胶尺度相对较小,气溶胶转化为CCN的比例低于高层。CCN浓度随过饱和度的增加呈增大趋势。利用多项式对气溶胶浓度和CCN浓度进行拟合,拟合结果与实测谱吻合较好。     

大同地区典型沙尘天气过程近地层气象要素演变特征的对比分析

利用2009年3月-2010年3月大同国家基准气候站20m气象梯度塔的风向、风速、气温、相对湿度的观测资料及PM10质量浓度数据、气溶胶散射系数数据,分析大同地区典型沙尘天气过程近地层气象要素演变特征。结果表明,风速在沙尘暴、扬沙的发生、发展过程中均较大,浮尘较小。气温在沙尘暴期间受冷空气的影响迅速减小,而在扬沙和浮尘天气条件下温度的变化主要取决于长短波辐射的强弱和沙尘气溶胶的辐射强迫。相对湿度在沙尘暴期间基本上呈递增态势,结束后比发生前相对湿度增大,在扬沙和浮尘天气条件下,相对湿度与温度完全呈现出反相关关系,且相对湿度均较小。PM10质量浓度在沙尘暴、扬沙、浮尘天气条件下依次递减。沙尘暴期间气溶胶散射系数明显增大。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

一次霾条件下石家庄上空气溶胶的观测研究

利用2010年9月1日石家庄市区一次飞机探测的气溶胶资料,分析了石家庄市区上空大气气溶胶的数浓度与直径的垂直、水平分布特征及粒子谱分布。结果表明:600—3000 m高度范围内,气溶胶粒子平均数浓度为1443.1个/cm~3,粒子平均直径为0.194μm。3000—6900 m高度范围,气溶胶粒子平均数浓度为95.3个/cm3,粒子平均直径为0.192μm。气溶胶数浓度随着高度增加而迅速减少,受逆温层与云区分布的影响,数浓度曲线呈现一定程度的波动。由于探测当天高空风的影响,粒子数浓度明显比其他霾天气条件下的研究结果要低。云中,气溶胶数浓度与粒子平均直径数呈负相关性。云层对气溶胶的垂直分布影响较大。气溶胶粒子谱覆盖了0.10~1.05μm的尺度范围,粒子主要集中在0.1~0.3μm的范围内。600 m、1200 m、1800 m和3000 m的气溶胶粒子谱呈双峰分布,粒子谱谱型较为相似,4500 m和6900 m粒子谱呈单峰分布。气溶胶粒子尺度谱峰值随高度增加而减少,谱变窄。气溶胶粒子浓度水平变化幅度远小于垂直方向上的变化幅度,受天气条件及下垫面、云区等局地影响因子的影响较大。     

塔克拉玛干沙尘天气的激光雷达探测个例分析

利用偏振微脉冲激光雷达对塔中一次沙尘天气过程进行了监测分析,得到沙尘的空间分布结构、变化过程等信息:(1)偏振微脉冲激光雷达对沙尘天气的探测能够区分沙尘暴和浮尘沙尘天气现象;(2)在沙漠近地面发生沙尘暴时段,各高度层沙尘浓度基本上较高,退偏比在0.3~0.4,而在地面发生浮尘开始时段,在4 500 m以上高度沙尘浓度基本上较高,退偏比在0.3~0.4,而在地面发生浮尘开始和结束时段,在4 500 m以下高度沙尘浓度相对较低,退偏比在0.2~0.3左右;(3)沙漠近地面发生沙尘天气时,高空沙尘浓度也较高且来源于周边,高空较高浓度沙尘的持续时间长于近地面。     

柯坪地区1971-2008年沙尘天气特征分析

利用1971—2008年柯坪站的地面气象资料及周边气象站的气候整编资料,分析了该地区的沙尘天气变化特征。结果表明:该地区沙尘天气以浮尘为主,扬沙次之,沙尘暴最少;具有明显的季节变化和年际变化,每年3—9月是沙尘天气的多发时段;浮尘年日数近38 a来无明显变化,沙尘暴和扬沙日数呈明显减少趋势;沙尘天气总体分布自东向西逐渐增多。沙尘天气与当地降水量和大风的关系密切,降水偏多的年份,沙尘天气偏少,在吹偏西北风时易出现沙尘天气。     

山西省沙尘天气的时空分布特征分析

山西省的浮尘日数在西部偏北和偏南地区分别有两个高频区，扬沙与沙尘暴日数的高频区具有一致性，主要分布在西北部。大部分地区的扬沙并沙尘暴日数呈总体下降的趋势，沙尘日数总体增加仅出现在个别地区。春季是沙尘天气的多发期。沙尘暴的发生有比较明显的日变化特征，白天较夜间更易发生沙尘暴，发生沙尘暴初始时刻的峰值出现在午后15h-17h。近47a来山西省的沙尘日数还没有表现出明显的周期性变化，沙尘日数在20世纪80年代前期发生了由多到少的跃变。     

一次霾天气条件下石家庄上空大气气溶胶数浓度的飞行探测与特征分析

利用2010年8月30日河北省石家庄一次霾天气条件下的气溶胶飞行探测资料,分析了石家庄地区上空658—6933 m高度范围内大气气溶胶粒子平均数浓度、平均直径的垂直分布特征和9个水平飞行高度上的谱分布特征。结果表明:轻度霾天气条件下的气溶胶平均数浓度为325个/cm3,平均直径为0.169μm。在约1000 m高度以下,气溶胶平均数浓度随高度的增加呈线性减少趋势。粒径也随高度增加而减小,由0.187μm减小至0.164μm。1000 m高度以上,气溶胶平均数浓度随高度减少趋势变缓,粒子平均直径在0.167~0.171μm范围内波动。9个不同高度上的谱分布都呈单峰型,随着高度增加,谱宽变小,峰值向小尺度方向移动。后向轨迹计算分析表明:污染气团的远距离输送可能是导致大气1500 m高度层气溶胶数浓度突增的原因。     

贵南县近50年沙尘天气变化特征

贵南的沙尘天气主要是扬沙和沙尘暴天气,扬沙多于沙尘暴,浮尘很少。沙尘天气出现在11月至翌年5月。对近50年贵南11月至翌年5月影响沙尘天气的平均风速、月大风天数、月扬沙和沙尘暴天数、气温及其降水资料进行分析表明:20世纪60—70年代是沙尘天气较多期,年际间变幅也大。特别是70年代是沙尘天气最多期(地面月平均风速、大风、扬沙、沙尘暴的极端气候最大值都在70年代)。1985年以后扬沙,沙尘暴天气明显减小且变幅也小。年内1—3月沙尘天气较多,其中3月份为最多,随后逐月回落。沙尘天气的日变化:沙尘天气一般出现在午后,傍晚消退。     

1997-2007年塔克拉玛干沙漠腹地沙尘天气变化特征

利用塔中及沙漠周边气象站1997-2007年11a的地面观测资料,分析了该地区沙尘天气的气候变化特征.结果表明:该地区沙尘天气以浮尘天气为主,扬沙次之,沙尘暴最少,年平均日数分别为97.4d、59.6d、15.8d;具有明显的季节变化和年际变化,每年3月至8月是沙尘天气的多发时段,占了历年平均数79.6%,浮尘和扬沙年日数呈上升趋势,沙尘暴反之.沙尘天气总体分布特征遵循从东往西南到南面逐渐增多,塔中并不是沙尘天气出现最多的地区.温度在19～33℃、相对湿度在10%～16%、风速≥7m/s范围里且在偏东风和偏北风情况下,沙尘暴天气发生几率最高.     

石家庄地区2005年秋季污染气溶胶飞机观测资料分析

利用河北省2005年10月份的3次气溶胶飞机观测资料和宏观天气资料,综合分析石家庄地区不同天气条件下气溶胶的垂直分布和尺度谱分布特征。分析结果表明:气溶胶浓度的分布与大气环境情况密切相关。气溶胶数浓度最大值的变化范围是103~104cm-3,平均数浓度为103cm-3,粒子平均直径为0.120~0.150μm;21日近地面有霾,相对湿度为58%,近地面气溶胶浓度较17和29日略低,但粒子平均直径(0.165μm)比其余两次要大,可见相对湿度较大,大气中水汽含量较多,有利于小粒子凝结水汽,使粒子直径增大;逆温层结下,粒子在逆温层下累积,无逆温时数浓度最大值出现在近地面附近。气溶胶粒子谱呈单峰分布。