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。     

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。     

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。     

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。     

敦煌地区沙尘气溶胶质量浓度的观测研究

在沙尘源区进行长期监测是获取区域代表性沙尘气溶胶质量浓度特征的重要研究方法。敦煌位于甘肃省河西走廊的西端,是中国北方主要沙尘源区之一,利用大流量采样器和安德森采样器进行了长达30个月的试验观测研究,获得了该地区沙尘气溶胶的基本特征。其年变化特征与气象资料的年变化关系密切;针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件（背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴）下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径的分布特征也明显不同;并与2001年9月-2004年3月在腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的一些观测结果进行了比较分析。     

南疆西部沙尘天气长期变化及突变特征分析

利用南疆西部15个国家气象站1961—2019年逐日沙尘天气资料，采用气候倾向率和统计检验等方法对南疆西部沙尘天气的时空变化特征进行分析。研究表明：春季为南疆西部沙尘暴及浮尘天气出现最多的季节、扬沙天气出现次多的季节，分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的49%、38%、43%；夏季为扬沙天气出现最多的季节、是沙尘暴、浮尘天气出现次多的季节，分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的35%、43%、35%；冬季为低频季节，发生占比分别为7%、6%、14%。南疆西部沙尘天气呈东多西少特征，山区沙尘天气日数明显少于平原，浮尘天气平原地区分布均匀，沙尘暴、扬沙平原东部和南部区域多于平原腹地。沙尘天气日数年际变化振幅较大，沙尘暴、扬沙、浮尘日数整体呈明显减少趋势。浮尘年际变化周期显著，其次为扬沙与沙尘暴，1984和1977年为沙尘暴、浮尘统计定义上的突变年份，扬沙存在2个突变点，分别为1982和1992年。沙尘暴和扬沙的主导风向为偏西北风，浮尘主导风向为偏东北风，主导风向与地形影响关联密切。     

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。     

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。     

贺兰山地区春季沙尘气溶胶质量浓度的观测分析

通过对贺兰山地区大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴天气的采样，得到在不同天气条件下的气溶胶质量浓度，而且在它们之间存在一定的倍数关系。由Anderson和KB－120E采样器得到的总浓度是有差异的。     

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.     

OBSERVATIONAL STUDIES ON SAND-DUST STORM IN HELAN MOUNTAINOUS AREA

According to the observation of the number and mass concentration spectra of atmosphericaerosols,the total suspended particulates (TSP) and their size distribution,micrometeorology,and the solar spectroscopic radiation,even neutron activation treatment of sand dust samples inHelan Mountainous area.the formation law of floating dust,blowing sand and sandstorm weatherand the characteristics of climatic variation in this area and the influence of the Helan Mountain arecounted and analyzed.In addition,the spectrum characteristics,optical depth and chemicalcomposition of sand aerosol particles are also analyzed and discussed.     

OBSERVATIONAL STUDIES ON SAND-DUST STORM IN HELAN MOUNTAINOUS AREA*

According to the observation of the number and mass concentration spectra of atmosphericaerosols,the total suspended particulates (TSP) and their size distribution,micrometeorology,and the solar spectroscopic radiation,even neutron activation treatment of sand dust samples inHelan Mountainous area.the formation law of floating dust,blowing sand and sandstorm weatherand the characteristics of climatic variation in this area and the influence of the Helan Mountain arecounted and analyzed.In addition,the spectrum characteristics,optical depth and chemicalcomposition of sand aerosol particles are also analyzed and discussed.     

青藏高原中东部气溶胶特征的飞机观测

利用2011年和2013年夏秋季在青藏高原中东部开展的11架次气溶胶特征飞机观测数据,分析气溶胶数浓度、数谱及核化相关特征。结果表明:受天气系统、地形和地表影响,观测区内气溶胶数浓度（N_a）和体积直径（D_v）的垂直和水平分布差异较大,N_a呈西北高、东南低,D_v低层大、高层小,局地中高层有沙尘。格尔木盛行东风时,云降水对低层气溶胶有清除作用,N_a和D_v明显降低,6.2 km高度和7.2~7.4 km高度的中高空受高原大风或对流影响形成沙尘;盛行西风时,低层D_v以0.5~0.8 μm为主,随高度升高和风速增大N_a升高,D_v变幅较小,6.2 km高度也有沙尘;不同天气系统影响下6.5 km高度以上均输入亚微米颗粒,N_a达5×103 cm-3,8.0 km高度盛行东风时比西风时N_a更高,D_v更小,谱垂直分布也有以上特征,整层输入以偏北或偏西路径为主。不同过饱和度测量云凝结核数浓度（N_ccn）表明,除格尔木6.0 km高度以下核化率（N_ccn/N_a）在21%~47%外,其他观测区平均核化率介于1%~16%,6.0~8.5 km高度的核化率总体偏低;当N_a增加时核化率明显下降,且过饱和度1%~2%,-15~-5℃层或粒径1~3 μm时的核化率相对偏高。     

东亚沙尘源区与下游地区气溶胶光学特性比较

利用AERONET观测资料从气候学的角度比较分析了2001-2011年东亚地区沙尘天气发生时沙尘源区和下游区大气气溶胶光学特性。结果表明：沙尘期间沙尘源区气溶胶光学厚度明显大于下游区,而Angstr?m波长指数却小于下游区,当沙尘暴出现时会降至零甚至负值。气溶胶粒子尺度体积谱分布除敦煌为单峰外,其余各站均呈双峰分布,香河和北京的细粒子浓度明显大于西北地区,这可能是由细的沙尘粒子和污染气溶胶共同造成。在440-1020 nm范围内,中国地区气溶胶单次散射反照率平均值为0.93,韩国和日本站分别为0.93和0.94。沙尘源区与下游区相比,复折射指数实部偏大,虚部偏小。总体来说,沙尘天气下东亚地区在4个波段内平均不对称因子为0.70。     

内蒙古东部春季三类沙尘天气气溶胶散射系数及其与PM10、能见度相关性分析

利用内蒙古东胜、锡林浩特两站2004~2006年春季（3~5月）积分浊度计的观测资料,结合同期PM10质量浓度、大气能见度等资料,分析了背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等不同强度沙尘天气气溶胶散射系数的分布特征,讨论了不同强度沙尘天气过程中散射系数、PM10、能见度的日变化规律,以及不同强度沙尘天气过程中散射系数与PM10质量浓度、散射系数与能见度的相关关系。结果表明:散射系数能够很好地反映沙尘天气强度;随沙尘天气强度增强,散射系数日变化从双峰型向单峰型转变;沙尘天气强度较弱时,PM10与散射系数的日变化不相似,强沙尘暴过程中PM10与散射系数的日变化有一定的相似性;能见度与散射系数日变化趋势相反;散射系数与PM10质量浓度呈正相关性,沙尘天气越强,相关性越好,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为0.201、0.809、0.898和0.953;散射系数与能见度有指数相关关系,随沙尘天气强度增强二者相关性逐渐增强,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为-0.773、-0.870、-0.918和-0.940。     

基于微脉冲激光雷达观测资料的半干旱区沙尘天气消光效应分析

利用兰州大学半干旱区气候与环境观测站（SOCAL）的微脉冲激光雷达（MPL）2008年4月30日至5月2日观测资料,对晴朗天气、浮沉天气及扬沙天气过程中气溶胶垂直分布的连续变化、物理机制进行了对比分析与探讨。结果表明MPL很好地反映出不同天气过程中大气气溶胶廓线的日变化特征：受人类活动影响,天气晴朗时,早晨9时开始在0—2km范围出现气溶胶聚集区,持续至15时,气溶胶平均消光系数〈0．20km-1;受沙尘输送影响,浮尘天气时,气溶胶聚集区高度范围为1—2km,高层气溶胶富集区高度范围为5—7km,气溶胶平均消光系数0．38km-1;扬沙天气时,气溶胶聚集区高度范围为0—1km,浓度远大于浮尘天气,但高层气溶胶浓度较小且分布较均匀,气溶胶平均消光系数〉0．50km-1。     

2010年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 ALS300&ALS450型激光雷达和 GRIMM 180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、PM_2.5、PM_1.0质量浓度采样资料,其中包含“0424”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、PM_2.5、PM_1.0的平均质量浓度分别为202.3、57.4 μg/m³、16.7 μg/m³。在不同天气条件下,PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度的变化有很好的相关性,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。PM_2.5在沙尘暴天气下日平均质量浓度为460.3 μg/m³,是背景天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的45倍,是浮尘天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的6倍,是扬沙天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的1.4倍。PM_1.0在沙尘暴天气条件下的日平均浓度为92.7 μg/m³,是背景天气条件下PM_1.0日平均浓度的13倍,是浮尘天气条件下PM_1.0日平均浓度的7倍,是扬沙天气条件下PM_1.0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“0424”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。