沙尘暴影响下北京沙尘气溶胶的垂直分布及溯源分析

采用云-大气气溶胶激光雷达红外探索卫星观测系统(Cloud-Aerosol Lidarand Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIPSO)资料,得出了2013年3月8-11日的一次途经新疆、甘肃、内蒙古等地的沙尘暴,对造成北京的沙尘天气影响下的沙尘气溶胶的空间垂直分布图。在此基础上研究了衰减后向散射系数、退偏振比、色比等光学特性参数。结果表明:在此次沙尘暴影响下造成的北京地区沙尘天气过程中,气溶胶的退偏振比在0.1~0.4之间,色比大于0.3。3月10-11日北京地区的沙尘气溶胶分布高度从3km以下被抬升至约4km。再利用欧拉-拉格朗日混合单粒子轨道模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)和NAAPS全球气溶胶模式,模拟分析了这次沙尘的来源和传输过程,表明此次沙尘起源于南疆盆地和内蒙古中西部,影响甘肃大部、内蒙古中西部、宁夏、山西北部和河北西北部、北京等地区。并用双波长迭代反演法初步反演了3月10、11日北京地区处于沙尘天气情况下的气溶胶光学厚度,分别为0.334和0.621。     

激光雷达和微波辐射计对邢台市一次沙尘天气的探测分析

利用气溶胶激光雷达、地基多通道微波辐射计资料,反演得到邢台市2017年5月3 5日沙尘天气过程前后的消光系数、退偏比和高空的温度、湿度变化,结合后向轨迹模式等资料,分析了沙尘天气过程前后的天气形势、颗粒物污染特征及来源、消光系数、退偏比等的变化。结果表明:来源于新疆北部的沙尘气溶胶受地面冷锋东移南下影响,以西北路径远距离输送沉降是导致邢台市颗粒污染物浓度骤升的主要原因,而本地大风的出现会导致由地面向高空扩散形成的沙尘污染次高峰,其中细颗粒物PM10的浓度升幅远大于PM_(2.5)浓度升幅;在高空2 000 m附近集聚的沙尘气溶胶可以形成消光系数大于1 km-1的强值区,沙尘聚集区域的退偏比平均值为0.252,与下层退偏比平均值为0.041的区域形成一个明显的沙尘分界线,消光系数的强值中心和退偏比的高低值分界线可以很好地表征出高空沙尘粒子的沉降变化;在高空沙尘沉降和地面大风引起的沙尘天气时,地面温度都出现了升高态势,在地面颗粒污染物浓度出现剧烈增加前,整层大气湿度呈现陡降趋势,而在颗粒污染物浓度处于高值波动阶段,整层大气湿度均维持在一个较低的水平。     

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。     

1990 年春季两次沙尘暴特征分析

文章讨论了1990年4月发生的两次沙尘暴天气过程的特征及其产生的原因。通过分析沙尘暴的轨迹和在榆林、延安、太原、呼和浩特和北京等地采集的沙尘气溶胶样品的一些物理化学特征，追溯了沙尘的源地。得出沙尘气溶胶的TSP浓度在沙尘暴期间比无沙尘暴时要高数倍至一个量级左右。沙尘气溶胶中以地壳元素为主，主要存在于大粒子(d＜2.1μm)中。一些人为排放污染元素主要分布在小粒子（d＜2.1μm）中，在沙尘暴期间富集程度大大下降。沙尘气溶胶中的元素主要来自于自然源。     

敦煌沙尘气溶胶质量浓度垂直特征个例分析

针对兰州大学半干旱气候与环境观测站在敦煌地区的沙尘气溶胶加强观测试验,选取2012年春季自然和污染沙尘两种典型天气个例,利用激光雷达退偏观测的优势分离粗(沙尘)、细(背景气溶胶)粒子,反演并对比分析了沙尘气溶胶消光系数及质量浓度的垂直分布特征。研究发现,以4月26日为代表的自然沙尘,粒子退偏比垂直廓线均大于30%,质量浓度呈现单峰结构,1.5 km出现最大值(1 070μg·m~(-3));以4月6日为代表的污染沙尘,有明显的气溶胶分层现象,粒子退偏比介于5%～20%,沙尘质量浓度介于2～45μg·m-3;由于局地污染的影响,污染沙尘的质量消光系数(0.79m~2·g~(-1))明显大于自然沙尘(0. 48 m~2·g~(-1))。因此,为了准确评估沙尘气溶胶的质量浓度,对沙尘天气进行分类,并利用粒子退偏比有效分离沙尘气溶胶尤为重要。     

利用星载和地基激光雷达分析2019年5月东亚沙尘天气过程

2019年5月中旬,中国北方出现大范围沙尘暴天气,此次天气过程持续时间较长,影响范围较大。利用星载激光雷达CALIOP（Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization）和地基激光雷达AD-NET（Asian Dust and aerosol lidar observation NETwork）数据,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的分布特征以及沙尘传输过程进行分析;利用国家气象信息中心提供的小时天气实况数据对星载激光雷达资料以及后向轨迹模型HYSPLIT（the HYbird Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory）得到的传输路径进行验证,同时结合空气质量数据分析此次天气过程对空气质量的影响;利用欧洲中心ERA-Interim再分析资料对此次沙尘天气成因进行分析。结果表明:（1）2019年5月10～16日沙尘天气主要分为两阶段,第一阶段为5月10～12日,第二阶段为13～16日。（2）通过CALIOP垂直特征层产品,发现在太平洋地区5～10 km的较高高度上,存在沙尘气溶胶,到达日本地区时,沙尘气溶胶的退偏比和色比平均值分别为0.14和1.29。（3）经过星载和地基激光雷达数据的综合分析,发现5月13～18日期间,沙尘气溶胶对日本长崎站点和韩国济州岛地基激光雷达站点的平均贡献率均值分别为42.16%和39.25%。（4）筛选了星载激光雷达经过日本和韩国站点的轨迹,对比分析两种数据的衰减后向散射系数以及表观散射比,发现两种数据的表观散射比廓线分布具有相近的变化趋势。（5）在沙尘天气期间,颗粒物浓度显著增加,PM₁₀浓度最大值超过1500 μg m?3,是国家一级浓度标准的30倍;而5月11日PM_2.5浓度在甘肃省最大,最大值达到国家一级浓度标准的7倍,14日最大值甚至达到12倍;PM₁₀与PM_2.5的浓度比值也在甘肃新疆多地达到6以上。（6）内蒙古西部的小槽的加深以及南压,使得西北冷空气稳定南下;在14日,不稳定层结加深导致沙尘天气再一次爆发。     

2006年大连沙尘天气机理分析

应用颗粒物质量浓度、降尘、卫星遥感以及激光雷达气溶胶消光系数监测等资料分析,结合沙尘天气物理量场分析,揭示出大连沙尘天气特征和动力机制.结果显示,沙尘天气空气中可吸入颗粒物浓度显著增高,沙尘对空气中总悬浮颗粒物浓度有显著贡献,并且增加城市的自然降尘量.经过大连上空传输的沙尘高度一般在4km以下,普遍分布在1～3km之间;沙尘气溶胶消光系数最大值超过2.0km-1;沙尘影响地面时,近地面附近气溶胶消光系数超过0.5km-1,强沙尘过程超过1.3km-1.大连的沙尘天气是在高空西风或西北风急流对沙尘的搬运前提下产生,大连附近锋面后部的下滑运动是地面沙尘浓度增高的主要原因;锋后下滑气流越强,地面沙尘污染越重.     

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...     

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。     

合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测

研制了一台L300偏振激光雷达,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究.介绍了偏振激光雷达的探测原理,叙述了L300偏振激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法.初步的探测结果表明,合肥西郊上空高度在10 km左右的卷云的退偏振比在0.4～0.5之间,沙尘气溶胶的退偏振比在0.2～0.3范围内,但是剧烈沙尘暴的气溶胶的退偏振比可达到0.4左右.     

兰州市区2002年春季3～4月近地层大气气溶胶的监测与分析

对兰州市区2002年春季3~4月近地层TSP连续观测资料进行分析,结果表明:(1)兰州市区TSP的质量浓度随着沙尘天气的发生而显著增加,沙尘天气越强,TSP的质量浓度越高,对兰州市区的空气污染越严重;(2)在不同天气情况下,兰州市区TSP与PM10的质量浓度有很好的对应关系,沙尘天气越强,其质量浓度都越高,但两者增减的比例各不相同;(3)在不同天气情况下,同级粒径粒子的质量浓度各不相同,但在同种天气情况下,各级粒径粒子质量浓度的分布规律却相同;(4)TSP样品色度的3个独立分量与空气质量有一定的对应关系,L*、a*、b*值越大,空气中沙尘含量越高,空气污染越严重,兰州市区在一般天气情况下L*、a*、b*值均较小,说明兰州市区空气污染主要以本地排放的黑色有机物为主。     

北京春季一次持续浮尘和污染天气过程分析

2001年4月底5月初北京地区出现了一次以浮尘天气为主，夹杂轻雾、雷阵雨、烟幕等复杂天气过程的持续重污染事件，给北京地区的生产和生活带来了较大的影响。文章主要从天气形势上分析了北京浮尘天气形成的原因和持续空气污染的气象条件。结果表明，此次过程是由于高空冷涡发展东移，蒙古气旋发展和地面冷锋移动经过蒙古国南部和华北北部等干燥、疏松的地表形成扬沙、沙尘暴，大量的细小沙尘粒子随高空偏西气流携带而至北京，形成浮尘天气。本地低空处于弱辐合区，层结稳定，风速小、逆温频繁，这些均不利于沙尘粒子和本地污染物的扩散，导致连续可吸入颗粒物重污染的形成。     

青岛一次沙尘污染事件的气象条件特征

2008年5月28日至6月1日青岛市区出现了持续5 d的大气污染,其中29-30日为重度污染,其余3日为轻度污染。本文基于青岛常规地面和高空观测资料以及环境监测站SO2、NO2、PM10监测资料,利用资料分析和中尺度数值模拟的方法,分析造成青岛此次持续多日的大气污染的污染源、大气环流和气象要素特征。分析结果表明：此次污染过程主要是外来沙尘引起的PM10污染;持续较强的逆温层结以及近地面层弱南北风频繁交替出现造成沙尘在近地层往复、积聚,最终导致连续多日的空气污染。     

Analysis of dust events in 2008 and 2009 using the lidar network, surface observations and the CFORS model

The Asian dust events in 2008 (May 24–June 4 in 2008) and in 2009 (March 12–25, October 13–26, and December 15–28 in 2009) were analyzed with the lidar network observations, surface observations in China, Korea, Japan, and Mongolia, and with the chemical transport model CFORS. Transport of Asian dust and mixing of dust with air pollution aerosols were studied. The event of May 24 to June 4 in 2008 was a significant event unusually late in the spring dust season. The dust event of March 12–25, 2009 was an interesting example of elevated dust layer, and transport of dust from the elevated dust layer to the ground by the boundary layer activity was observed with the lidars and surface observations in Japan. The concentration of air pollution aerosols was relatively high during the dust event, and the results suggest that vertical structure as well as transport path is important for the mixing of dust and air pollution aerosols. The dust events in October and December 2009 were examples of dust events in autumn and winter. The online mode CFORS reproduced the observation data generally well, except for the event of May 24 to June 4 in 2008. The results of the fourdimensional variational assimilation of the lidar network data reproduced the dust concentration in Korea and Japan reasonably in that event.     

四川盆地一次当地排放和沙尘输送双重影响的区域空气重污染过程研究

针对四川盆地大气污染及其成因的特殊性,本文使用四川盆地18个城市的大气污染监测和气象观测数据以及NCEP1°×1再分析资料,对2017年12月19日～2018年1月3日四川盆地由当地过量排放和外来沙尘输送双重影响的区域性大气污染过程进行分析。结果表明：2017年12月19～28日四川盆地环流场配置不利大气污染物扩散,垂直温度层结稳定,在当地污染源持续排放下污染物浓度缓慢上升,此阶段为静稳型大气污染。之后29日冷空气过程打破前期不利污染物扩散的环流场及垂直温度层结,导致气态污染物下降明显,但伴随冷空气活动的外来沙尘使PM10浓度迅速增大,使四川盆地部分城市出现沙尘型重污染;特别是广元地区受沙尘直接影响最严重,PM10浓度是原来的4.5倍;成都市虽没有通过沙尘天气的表观判断,但对颗粒物离子浓度和化学组分都有显著影响;因此,当时PM10和CO浓度24h比值变化受沙尘输送和天气条件共同影响,在不同时段和地区都存在明显差异,初步揭示出由静稳型大气污染向沙尘型污染转换阶段的内在变化特征,具有重要科学价值。     

北京风沙天气的气溶胶特征

利用常规气象观测资料、卫星云图以及1988、1990、1992、1993、1995、2000年等年北京风沙天气期间所采集的气溶胶样品的分析结果,研究了北京的风沙天气分布特征,风沙期间大气污染状况,产生风沙天气的主要原因及沙尘的来源等.初步得出北京的风沙天气主要出现在春季,是造成春季大气污染的重要原因之一;北京春季风沙天气是由沙尘暴、浮尘和扬沙造成,但以扬尘引起的频率为最高,占71.4%;风沙期间大气气溶胶与无风沙时气溶胶的物理化学特征有明显的差异;大气气溶胶的物理化学特征显示出,风沙期间的大气气溶胶主要来源于自然源,以局地尘源为主,人为排放的气溶胶作用相对减弱.     

2008年青岛市一次典型大气外来源输送污染过程分析

以中国青岛市2008年5月27日至6月2日一次典型大气污染过程为例,利用美国国家环保中心全球再分析数据（水平分辨率为2.5°×2.5°）和美国国家海洋和大气局(NOAA)污染物轨迹模式HYSPLIT-4对此污染过程进行模拟分析。结果表明：大气环流形式对此次污染过程的发生及传输有显著影响,在500 hPa高空图上表现为一脊一槽型,使中国北方上空处于强的西北气流控制下,而地面图上生成于蒙古国的低气压气旋中心东移,产生的上升气流携带大量地表细粒子进入对流层;利用后向轨迹模式分析显示整个过程污染期受西北气流影响显著,而清洁期的气团源地主要为黄海。     

北京秋季一次降雪前污染天气的激光雷达观测研究

以2009年11月5~8日北京地区发生的一次特殊天气形势下的重污染天气过程为例,研究分析本次污染特点和大气边界层结构特征以及此天气过程的大气温度和相对湿度结构特点。激光雷达是探测大气边界层及气溶胶的一个高效工具,利用ALS300激光雷达系统测量信号,应用Fernald方法反演大气消光系数,根据反演的气溶胶消光系数的最大突变,即最大递减率的高度来确定大气边界层的高度。利用其观测的退偏比分析大气污染物特性。利用微波辐射计数据,确定大气温度和湿度时空特征。研究结果表明:在本次污染天气下,大气具有很强的逆温结构,逆温最大可达近1 K(100 m)-1,500 m以上的大气相对湿度很低,在这种天气特征下的大气边界层高度在400 m左右,非常稳定。污染结束降雪开始前,大气逆温结构消失,大气湿度大幅度增加,接近饱和。根据lidar(light detection and ranging)退偏比的分析,本次污染天气是一次典型的烟尘类颗粒物的污染,污染具有区域性特点。PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物)与AOT(Aerosol Optical Thickness)之间有明显的线性关系,相关系数达到0.72。该lidar系统能够反演出秋季降雪前本次污染天气背景下北京城区上空的大气污染特性和大气边界层高度。     

北京两次重污染沙尘天气成因及动力传输特征的对比研究

应用气象、空气质量和ERA-Interim再分析资料,结合HYSPLIT后向轨迹模型和地理信息,对比分析了2018年北京两次重污染沙尘天气的成因、传输特征及影响要素等。结果表明:两次过程的沙尘源地均为蒙古国,但3月28日沙尘天气由蒙古气旋引发,传输出现折向,以东北和偏东两条路径输送入京,5月28日沙尘受低涡和发展的低压冷锋影响,为典型的西北传输路径;高空的引导气流与低层冷空气的强度以及地形是导致沙尘传输出现显著差异的主要影响因素;高空为偏西气流,低层冷平流较弱,受到山脉的阻挡,沙尘气团东移至地势较低的区域后,在气压梯度力的驱动下传输方向发生转折,以偏东路径绕流进入北京;高空的偏北气流和低层冷平流较强,沙尘气团可直接翻越山脉从西北路径入京,沙尘粒子的运移高度相对较高。