塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴和地表沙物质粒度特征北大核心CSCD

围绕塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴及沙尘暴前后地表沙物质的粒度特征,对塔中地区的沙尘样品开展了粒度参数计算、粒度组分分离和函数模型拟合分析。结果表明:(1)表沙样品的平均粒径为143μm,细沙和极细沙含量占87.02%;沙尘暴过后表沙样品的平均粒径为97μm,极细沙和细沙含量占79.44%。(2)沙尘暴样品的平均粒径为82μm,粉沙和极细沙含量占80.89%。(3)沙尘暴过后表沙样品的平均粒径减小46μm,黏粒、粉沙和极细沙含量增加,表明沙尘暴携带的大量细粒物质对表沙的粒度特征有重要影响。(4)沙尘暴样品粒度随高度的变化主要受控于风速,风速阈值7.7~8.4 m·s^(-1),不同高度平均粒径与平均风速的函数关系,在三维空间中采用二阶多项式曲面模型能够很好地拟合。     

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响——以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP & ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明：沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒“V”型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。     

丝绸之路经济带气溶胶的人为成份比例

利用MERRA-2（The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications，version 2）再分析资料，分析了1980—2017年丝绸之路经济带沿线区域（30°—50°N、10°—110°E）硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘气溶胶的时空分布特征，然后将沙尘分为自然沙尘和人为沙尘，进而计算出自然气溶胶和人为气溶胶在不同季节的空间分布，定量给出了人为气溶胶的贡献。结果表明：在丝绸之路经济带沿线的东欧地区，经济发达、工业活跃，硫酸盐是最主要的气溶胶类型，占总气溶胶光学厚度的64%，总气溶胶光学厚度每年下降0.0035；在地表裸露、沙尘活跃的5个欠发达地区，沙尘是最主要的气溶胶类型，占总气溶胶光学厚度的46%~65%，其中巴基斯坦-印度地区总气溶胶光学厚度每年增加0.0059；人为气溶胶对总气溶胶的平均贡献为62%~65%；6个区域中北非地区人为气溶胶所占比例最小，为32.8%，东欧地区最大，为73.5%；随着人口密度的增加，人为气溶胶的光学厚度也在增加。人为气溶胶占总气溶胶的比例很高，而且与人口密度正相关。     

1991-2010年全球沙尘气溶胶排放量气候特征及其大气环流影响因子

利用全球气候模式CAM5.1的20年(1991—2010年)沙尘气溶胶排放量模拟,分析全球沙尘气溶胶排放量的时空变化及其大气环流影响因子。结果表明:20年全球年平均沙尘气溶胶排放总量为1 152±28 Mt,全球沙尘气溶胶排放源主要集中在北非、阿拉伯半岛和中亚、东亚、澳大利亚及北美沙漠地区。北非沙漠地区作为全球最大的沙尘排放源区,占全球沙尘源总量的61.8%。各沙漠区均有显著的沙尘排放的季节变化和年际波动,沙尘气溶胶呈现春、夏季强排放和秋、冬季弱排放的季节循环。相对于沙尘排放的季节变化,其年际变化幅度明显偏弱。基于大气环流指数与沙尘气溶胶排放年际变化的相关显著程度,确定主要影响全球和主要沙漠地区沙尘排放量的大气环流因子:南方涛动指数SOI、北极涛动AO、南极涛动AAO、大西洋年际振荡指数AMO、北太平洋遥相关指数NP以及西太平洋指数WP。全球主要沙漠地区沙尘排放量与大气环流因子之间的相关性具有明显的区域分布特征,在同一沙漠的不同区域甚至可以表现出正负相反的相关性。热带海气相互作用的ENSO循环中,拉尼娜年(厄尔尼诺年)北非地区的沙尘排放量偏多(少),阿拉伯半岛和中亚地区的沙尘排放量偏少(多)。     

东亚沙尘气候效应对地面温度日较差影响的数值模拟

地面温度日较差（DTR）作为重要天气和气候指标,反映昼夜温差极值,比平均气温对地表辐射收支的变化更敏感,对环境变化和气候异常具有重要参考价值。沙尘气溶胶的气候效应是影响岩石圈-大气-海洋系统的重要因子,但目前的研究较少涉及沙尘气溶胶对DTR的影响机制。基于WRF-Chem模式（Weather Research and Forecasting coupled with Chemistry）揭示2002—2005年沙尘气溶胶气候效应对东亚地面温度日较差的影响。结果表明：WRF-Chem模式可以很好体现东亚气象场和沙尘气溶胶的时空分布特征。沙尘气候效应导致东亚大陆大部分地区DTR减小,沙尘直接辐射效应在其中起决定性作用。在白天,沙尘直接辐射强迫加热大气、冷却地表,减小地面总净辐射而降低日最高温度,导致DTR减小。在中国青藏高原和东北部地区,沙尘气溶胶间接效应占主导地位,导致青藏高原地区积雪覆盖减少,东北地区云水含量减小,间接导致DTR增大。     

一次沙尘过程对天津气溶胶浓度分布的影响

利用气溶胶质量浓度和数浓度监测资料以及不同高度的常规气象资料,结合后向轨迹模式,分析2011年4月30日至5月1日一次沙尘天气过程对天津城区气溶胶浓度的影响。结果表明：沙尘过程前的轻雾天气下PM1贡献了气溶胶质量浓度的96%和数浓度的99.9%以上;本次沙尘天气存在两个不同的浮尘过程,主要区别体现在细粒子浓度差异上,第一次浮尘过程PM1~2.5、PM2.5~10和PM10~100分别占气溶胶数浓度的6.5%、2.5%和0.1%,第二次浮尘过程占比则依次为11.3%、2.6%和0.01%;两次浮尘过程气溶胶粒子性质有明显差异,第一次浮尘过程中粗粒子浓度占PM10的80%以上,第二次浮尘过程风向转变为偏北风,细粒子浓度增高至40%,气溶胶由单纯的沙尘气溶胶转变为沙尘-污染气溶胶。     

南疆盆地沙尘气溶胶光学特性及我国沙尘天气强度划分标准的研究

依据气溶胶光学厚度测量原理,利用布设于塔里木盆地腹地塔中和盆地西南边缘和田气象站的2部CE318自动跟踪太阳光度计于2002年6月至2003年11月期间的探测结果,结合地面气象实测资料,分析了南疆盆地大气气溶胶的光学特性。同时结合我国已有的沙尘气溶胶光学特性的研究成果,初步提出了依据气溶胶光学厚度判断沙尘天气强度的标准。结果表明:塔中、和田气溶胶光学厚度随波长的增大多呈现减小趋势,塔中个别季节有些例外;2站气溶胶光学厚度的日变化基本保持对称的抛物线形,在春、夏季尤为明显;Angstrom浑浊度系数β的拟合曲线显示β随能见度增大而减小,波长指数α随能见度的变化趋势说明弱沙尘天气下,大气中主要弥漫着小粒径的气溶胶颗粒,而强沙尘天气则以大粒径为主;沙尘气溶胶光学厚度随晴空、浮尘、扬沙、沙尘暴依次增加;沙尘天气发生时,气溶胶光学厚度的临界值基本为晴空值的两倍,沙漠地区气溶胶光学厚度≥1.1206,北京≥0.3174。而发生沙尘暴的阈值则有很大不同,沙漠区气溶胶光学厚度至少 > 3.0,北京由于大气污染等因素,其判断沙尘暴发生的阈值为1.9982。另外笔者认为AOD与水平能见度之比值能够较全面地考虑水平和垂直两个方向的要素变化,衡量沙尘天气强度更具有合理意义,值得更深一步的探讨。     

塔克拉玛干沙漠不同下垫面太阳总辐射比较

本文运用统计学方法,分析并比较了塔克拉玛干沙漠绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）与沙漠腹地（塔中）总辐射的气候学特征。结果表明：沙漠腹地（塔中）总辐射年总量高于绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）,塔中、肖塘和哈德年总量分别为6 515.0 MJ·m^-2、5 666.4 MJ·m^-2和5 774.5 MJ·m^-2。春、夏、秋、冬四季变化幅度,塔中高于肖塘和哈德,肖塘与哈德相近;3个观测点均为夏季最大、冬季最小、春季高于秋季。塔中月总量最大值出现时间（6月）早于肖塘和哈德（7月）,最小值均在12月;塔中月总量最大值比肖塘和哈德分别高99.4 MJ·m^-2和81.9 MJ·m^-2。平均日变化表现为早晚小、正午12：00最大。沙尘暴天气下总辐射被明显削弱,日变化波动大。肖塘、哈德和塔中沙尘暴日的峰值分别减少40.3%、56.2%和53.0%;日总量分别减少41.6%、57.8%和61.2%。沙尘暴日的后续天气仍受到沙尘的明显影响,只有当整个沙尘天气过程结束其日变化曲线才恢复。沙尘天气日,小时平均值>500 W·m^-2的总辐射明显被削弱,主要向低值区集中,分布在高值区的概率减少。总辐射与太阳高度角的变化一致,相同太阳高度角下晴天总辐射高于沙尘天。     

内蒙古半干旱草原沙尘天气对近地层微气象学特征影响分析

利用锡林浩特国家气候观象台2011年4-5月近地层微气象、地表辐射和湍流通量观测数据,对比分析了内蒙古典型半干旱草原下垫面在晴天、扬沙和沙尘暴天气下各气象要素、地表辐射分量和能量平衡的变化特征。对于半干旱草原区,地面风速越大沙尘天气越强;沙尘过程开始前地面空气较暖,开始后地面空气转为相对较冷的状态;沙尘气溶胶含量越高,5 cm地温日变化趋势越弱,在沙尘过程中5 cm地温值越小。沙尘气溶胶含量越高,太阳总辐射越弱,大气长波辐射越强;地表反射辐射与总辐射有相同的日变化特征;沙尘气溶胶白天使净辐射值减小,夜间使净辐射值增大。沙尘天气直接辐射衰减非常明显,而且散射辐射在总辐射中占很大的比重。沙尘气溶胶对紫外辐射的削弱很强,并且沙尘含量越高,对紫外辐射的削弱越强。沙尘气溶胶的辐射强迫作用对地表能量平衡产生影响,使向上的感热和潜热输送减弱,使向上的土壤热通量增强或向下的土壤热通量减弱。     

沙尘源区与下游地区沙尘期间气溶胶光学特性分析

为了解沙尘传输过程中气溶胶粒子光学性质的变化,利用2001-2008年中国北方4个站点沙尘期间的数据资料,比较分析了沙尘源区与下游地区气溶胶光学特性的差异。结果表明,沙尘期间大量粗粒子对总消光具有强烈贡献,沙尘源区和下游地区粗粒子消光分别占总消光的85.2%和65.8%。沙尘期间沙尘源区与下游地区均表现出较高的气溶胶光学厚度;而源区的Angstrom波长指数明显低于下游地区,当沙尘暴出现时会下降到零甚至负值。沙尘源区与下游区气溶胶体积尺度谱以粗模态峰为主模态峰。在波长440~1 020 nm时,气溶胶单次散射反照率随波长增大而增大,源区与下游地区的单次散射反照率分别达到0.95和0.92。沙尘源区气溶胶的不对称因子大于下游地区,4个波段的平均不对称因子分别为0.73和0.70。     

半封闭大棚实验下广州市植被滞尘光谱特征分析

基于广州市常见的绿化植物,采用高光谱遥感技术,通过设计半封闭的大棚实验方案,探讨了滞尘污染下不同植物叶片的光谱特征,结果表明：1）滞尘时间是影响绿化植物累积滞尘量的一个重要因子,滞尘量随着时间的增加而增加,但达到饱和之后会呈减少的趋势。2）在可见光波段,受叶面尘影响,叶片光谱反射率升高,且随滞尘量的增加而升高;在近红外波段则相反,光谱反射率随滞尘量的增加而降低。3）叶面尘对植物叶片的光谱特征参数具有直接或间接的影响,其中滞尘量与植物的三边位置无关,与归一化植被指数NDVI呈负相关关系,且不同植物的NDVI受叶面尘影响的程度不同,从大到小依次为：朱蕉>红花檵木>金叶榕。文章设计的半封闭大棚实验方案为植物滞尘效应的长时间可持续性研究提供了新思路。     

东亚沙尘源区晴空和云上沙尘气溶胶特征

利用2006年6月至2012年12月的CALIPSO Level 2 VFM产品、5 km分辨率的Aerosol Profile、Cloud Layer产品以及MISR反演的产品,揭示了东亚地区不同高度层上沙尘的时空分布特征,重点对比分析了东亚沙尘源区晴空和云上沙尘的垂直分布特征、消光系数和光学厚度。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠是东亚沙尘的主要源区,沙尘出现频率具有显著的季节差异,春季最多,夏秋相当,冬季最少,无论在晴空还是有云条件下,前者出现频率大于后者。对于同一地区而言,云上沙尘出现的最大高度较晴空沙尘更高。塔克拉玛干沙漠云上沙尘消光系数高值区集中在2~4 km,而戈壁沙漠则集中在3~5 km,但是在云层之上晴空和云上沙尘消光系数差别不大。塔克拉玛干沙漠以沙尘气溶胶为主,约占总气溶胶光学厚度的77%,晴空和云上沙尘光学厚度平均值分别为0.22和0.15;戈壁沙尘气溶胶约占总气溶胶光学厚度的52%,晴空和云上沙尘光学厚度的平均值分别为0.09和0.06。     

兰州沙尘暴样品磁学性质与粒度分析及其与悉尼样品的对比

对2009年9月23日悉尼特强沙尘暴和2010年4月兰州沙尘暴样品进行了磁学参数和粒度测量.结果表明:悉尼尘暴样品中磁性矿物含量远远低于兰州样品.磁性矿物种类略有不同,兰州样品主要含有磁铁矿、磁赤铁矿,可能含有赤铁矿;悉尼样品除了上述矿物外,还含有针铁矿.悉尼样品比兰州样品的磁性矿物颗粒要细.悉尼样品的粒度分布曲线呈现四峰态,粒度曲线呈现宽扁形态;兰州样品呈现三峰态,粒度曲线则呈窄高的形态.沙尘暴样品与源区样品磁学性质的大相径庭及粒度曲线的多峰态分布都说明了沙尘暴物源的非惟一性.此外,将兰州沙尘暴样品与九州台黄土-古土壤样品的粒度进行了比较,结果显示,1～10 μm组分含量的增加及10～20 μm组分含量的减少主要与不稳定矿物的物理化学风化过程有关,0.02～1μm组分含量增加的主要原因是新矿物的生成及不稳定矿物的风化.沙尘暴样品与黄土-古土壤样品的粒度分布曲线具有一定的相似性,说明现代沙尘暴事件是地质时期风尘活动的持续,现代风积作用仍在继续.     

泥河湾盆地马圈沟剖面早更新世矿物变化特征及其古环境意义

在野外考察采样的基础上,对泥河湾盆地马圈沟剖面更新世河湖相沉积序列进行了XRD矿物组分和磁性矿物分析。研究发现,剖面沉积矿物主要由碎屑矿物和碳酸盐矿物组成,碎屑矿物主要为石英、钠长石、白云母和斜绿泥石,其平均含量分别为38.77%、17.16%、29.63%和4.11%,是剖面沉积矿物组成主体,且各矿物之间基本没有相关性;相对于碎屑矿物,碳酸盐矿物在整个剖面中含量较低,主要为方解石和白云石,其平均含量分别为4.72%、3.59%,文石在剖面中零星出现。对剖面典型样品进行热磁分析,确定了沉积物中磁性矿物的种类以及加热过程中的变化和产物,并对其来源进行了探讨。同时发现,含绿泥石较高的灰绿色粉砂样品加热后磁化率的升幅比灰黄色样品高,而绿泥石的相对含量与该地区化学风化密切相关,进一步说明κ-T曲线的变化特征可以用来反应盆地化学风化作用强度的变化,具有重要的古环境意义。     

Stability Behavior and Thermodynamic States of Iron and Manganese in Sandy Soil Aquifer,Manukan Island,Malaysia

A total of 20 soil samples were collected from 10 boreholes constructed in the low lying area, which included ancillary samples taken from the high elevation area. Redox processes were investigated in the soil as well as groundwater in the shallow groundwater aquifer of Manukan Island, Sabah, Malaysia. Groundwater samples (n = 10) from each boreholes were also collected in the low lying area to understand the concentrations and behaviors of Fe and Mn in the dissolved state. This study strives to obtain a general understanding of the stability behaviors on Fe and Mn at the upper unsaturated and the lower-saturated soil horizons in the low lying area of Manukan Island as these elements usually play a major role in the redox chemistry of the shallow groundwater. Thermodynamic calculations using PHREEQC showed that the groundwater samples in the study area are oversaturated with respect to goethite, hematite, Fe(OH)₃ and undersaturated with respect to manganite and pyrochroite. Low concentrations of Fe and Mn in the groundwater might be probably due to the lack of minerals of iron and manganese oxides, which exist in the sandy aquifer. In fact, high organic matters that present in the unsaturated horizon are believed to be responsible for the high Mn content in the soil. It was observed that the soil samples collected from high elevation area (BK) comprises considerable amount of Fe in both unsaturated (6675.87 mg/kg) and saturated horizons (31440.49 mg/kg) compared to the low Fe content in the low lying area. Based on the stability diagram, the groundwater composition lies within the stability field for Mn²⁺ and Fe²⁺ under suboxic condition and very close to the FeS/Fe²⁺ stability boundary. This study also shows that both pH and Eh values comprise a strong negative value thus suggesting that the redox potential is inversely dependent on the changes of pH.     

川西高寒山地土壤有机碳与铁、铝矿物复合体分布特征

为了量化川西高寒山地土壤与铁、铝矿物相关的有机碳含量以及探讨川西高寒山地土壤铁、铝矿物对有机碳稳定性和累积方式的影响,采用选择性提取法研究了川西高寒山地的山地灰化土（MP)和高山草甸土（AM）中土壤有机碳与晶质金属氧化物（DH）提取、短程有序（HH）提取、矿物复合体以及有机—金属配合物（PP）提取中的有机碳和铁、铝的分布。结果表明,MP中DH,HH和PP提取的碳含量分别为(10.91±6.23) g/kg、(5.92±1.66) g/kg和(8.76±2.29) g/kg,分别占有机碳的20.92%,12.07%和19.93%;而AM中DH、HH和PP提取的碳含量分别为(9.05±1.33) g/kg、(5.52±1.02) g/kg和(9.12±3.21) g/kg,分别占有机碳的21.04%、12.47%和19.34%。3种提取剂提取的碳含量以及其占有机碳的百分比在MP和AW的A层土壤中均表现为PP > DH > HH,而在B层土壤中则表现为DH > PP ≈ HH。随着土壤深度的增加,深层土壤中次级矿物和晶体矿物丰度的显著增加,导致有机碳与铁、铝矿物复合体由有机—金属配合物主导转变为有机碳与晶质金属氧化物形成的复合体主导。PP提取的碳和其所占有机碳的百分比表现为A层高于B层,而DH和HH提取的碳含量和其所占有机碳的百分比大体表现为A层低于B层。由于MP特殊的土壤性质,这种差异在MP中更为明显。3种提取剂提取的金属（Al+Fe）含量在两种土壤中均表现为DH > HH > PP。而其提取的碳与金属的摩尔比表现为DH < HH < PP,说明随着铁、铝矿物的结晶度增加,其与有机质的作用从共沉淀、络合而向吸附作用转变。DH,HH和PP提取的碳与SOC的相关分析表明,MP中土壤有机碳的累积在一定程度上受晶质铁、铝矿物与有机质的相互作用而驱动;AM中土壤有机碳的累积在一定程度上受短程有序矿物与有机质的相互作用以及有机—金属配合物的驱动。本文研究表明,土壤中的铁、铝矿物与有机碳形成的复合体在一定程度上驱动着川西高寒山地土壤有机碳的积累,不同土壤类型中,与矿物相关的有机碳的分布不同,其有机碳的积累方式也不同。     

腾格里沙漠典型植物含水率与地物光谱的关系分析

地物光谱特征不仅是遥感机理研究的重要内容,亦是遥感应用分析的重要依据。用ASD手持式光谱仪测定了腾格里沙漠10种典型植物的冠层光谱,对测得光谱数据进行包络线去除和一阶微分处理,并在实验室采用烘干法得到植物的含水率,运用相关系数法分析植物含水率与经包络线去除的光谱数据之间的关系,同时分析了不同含水率植物的红边特征。结果表明：研究区植物最大含水率为88.19%,最小含水率为37.34%;含水率与包络线去除的光谱数据在可见光（561~718 nm）和近红外（861 nm,894 nm）波段均存在极显著相关性,并建立了两者之间的回归模型,说明可见光近红外波段可以反映沙漠植物的水分状况;不同含水率植物的红边参数有所差异。