河西走廊东部沙尘天气与武威市大气污染的关系研究

利用河西走廊东部武威市1991-2003年春季污染浓度资料和1971-2003年气象要素资料, 分析污染物浓度与各种气象要素和非气象要素的关系, 找出造成河西走廊东部春季污染严重的气候成因, 并提出大气污染治理对策。结果表明, 春季3~5月沙尘暴发生日数和颗粒物污染资料两者有很好的正相关关系, 相关系数达0.8, 沙尘暴天气是造成河西走廊东部春季空气重度污染的主要原因。     

沙尘天气等对西安市空气污染影响的研究

通过对西安市1981—2000年TSP、SO2和NOx年平均浓度资料,1998—2000年周报和日报环境监测资料以及相应的地面、高空常规气象观测资料的统计分析,研究了该市空气污染的时间变化特点以及沙尘天气等几种气象条件对其浓度变化的影响。结果表明:(1)颗粒污染物(TSP和PM10)是西安市的首要污染物,其次是SO2。1981—2000年期间,TSP年平均浓度降低了75%,SO2年平均浓度降低了77%,NOx年平均浓度总体上变化不大;这三种污染物月平均浓度的年变化都呈单周期型,冬季1月份最高,夏季最低(TSP是7月份最低,SO2和NOx是8月份最低)。(2)2001年春季3～4月份沙尘天气的频繁发生,使西安市空气污染日出现全年的第二个多发期(23d·月-1),这有别于正常年份仅在冬季1月份出现一个浓度峰值的特点;强沙尘暴天气过程会使西安市PM10浓度在非常短的时间内提高3倍左右,造成严重的颗粒物污染。(3)西安市冬半年出现轻度污染以上级别的几率明显大于夏半年。影响西安市的地面天气系统可归纳为12类,当受不同天气系统控制时,其污染状况会有较大差异。(4)西安市一年四季都有逆温存在,100m平均逆温强度为0.90℃;全年以低层逆温出现日数最多,但冬季贴地逆温出现日数最多,厚度最厚,强度最大,是造成西安市冬季空气污染严重的最重要气象因素之一。(5)西安     

河北省坝上地区1971-2010年沙尘暴日数变化特征及与气象因素关系

利用1971-2010年地面气象观测资料,分析了坝上地区沙尘暴日数的季节变化和年变化特征及其与大风、降水、气温的关系。结果表明：坝上地区沙尘暴日数具有明显的季节性变化特征,春季沙尘暴日数最多,占全年沙尘暴日数的84.88%,秋季最少,仅占全年沙尘暴日数的1.39%,冬季沙尘暴日数多于夏季;从年变化特征上看,20世纪70年代沙尘暴发生日数最多,80年代减少,90年代达到最少,2000年后沙尘暴日数又开始增加,但总体来说沙尘暴日数呈现出波动中下降的趋势;年沙尘暴日数和年大风日数有显著的正相关,与前期、同期降水量没有达到显著相关,但是有着很好的对应关系,与年平均气温有显著的负相关。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过程大气颗粒物浓度及影响因素分析

利用Grimm1.108、Thermo RP 1400a、TSP以及CAWS-600等仪器,对2008年4月17日至23日发生在塔克拉玛干沙漠腹地的1次强沙尘暴过程的颗粒物质量浓度进行连续观测,结合天气资料分析得出:①Grimm1.108颗粒物分析仪监测结果表明,日平均浓度出现两个峰值区,主峰值出现在20日,次峰值出现在18日,而小时平均浓度高值区主要集中4月19日至20日,21日中午存在1个峰值区,其他时段浓度相对较低。②强沙尘暴发生时的分钟观测数据表明,随着风速的逐渐增强,沙尘暴强度逐渐增强,不同粒径颗粒物浓度达到最大值,>0.23 μm颗粒物总浓度为39 496.5 μg·m-3,>20.0 μm颗粒物总浓度为5 390.7 μg·m-3,随后浓度逐渐下降。③PM10和TSP的浓度变化同样反映沙尘天气的过程和强度,沙尘暴前期大气中颗粒物浓度远低于强沙尘暴期间,随沙尘天气减弱,颗粒物浓度明显下降。④沙尘天气过程中大气颗粒物浓度变化具有以下规律：晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。风速大小直接影响大气中颗粒物浓度,风速越大颗粒物浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中颗粒物浓度的变化。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

兰州城区TSP高浓度污染与自然降尘的关系

从宁夏到甘肃中部有一个自北向南的少雨“干舌”,在垂直速度场上形成一个从河西东部向南伸下来的下沉运动区,冬季下沉运动区大而强烈,有利于空气中的沙尘下沉堆积。经分析,兰州城区自然降尘量占年降尘量的54%。随着沙尘暴、扬沙和浮尘天气的出现,自然降尘量由1月份的32%增大到5月份的60%;按春、夏、秋、冬四季划分,城区TSP浓度中自然降尘量各占58%、33%、28%和32%。全年中11月城郊浓度差值最大0.59 mg·m-3,其主要原因是11月刚进入采暖期,除原有工业源外,又增加了采暖锅炉和生活小炉灶,TSP排放量增大,加之该月风速最小、天气过程少,是兰州市出现严重污染的主要原因。     

塔里木盆地TSP时空分布特征及影响因素分析

利用2004—2008年沙尘暴观测站网哈密、塔中与和田的TSP观测资料,同时结合铁干里克、民丰和喀什2007年4月开始的TSP、沙尘天气等相关资料,给出了塔里木盆地TSP时空分布特征及变化特征,同时分析了影响TSP质量浓度变化的主要因素。结果表明：①塔里木盆地东部TSP质量浓度最低,南缘最高,往盆地的西缘逐渐降低,塔中一直处于较高值。影响TSP质量浓度高低分布的主要因素是沙尘天气,沙尘天气日数越多,则浓度越高。②2004—2008年TSP年平均质量浓度哈密最低,其次为塔中,最高为和田。③2004—2007年哈密、塔中与和田TSP平均质量浓度春季最高,其次是夏季和秋季,冬季最低。④哈密、塔中与和田2005—2008年TSP质量浓度每年不同时间段各不相同。     

河西走廊东部沙尘暴预报方法研究

利用我国沙尘暴多发区, 甘肃省河西走廊东部民勤、凉州区等五站近50a的气象资料, 详细分析了河西东部沙尘暴频繁发生的气象因素, 应用近20a的天气资料, 结合近50a的典型个例做出沙尘暴的长期、中期、短期和短时预报预警系统。研究结果表明: 长期预报取决于冬春季气温、降水量和大风日数; 中期依靠使用国内外数值预报产品; 短期与大气环流条件、分型指标有关; 短时临近预报与高空大风形势、地面上游有无大风沙尘暴天气有关。     

西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。     

近40 a甘肃河西地区大风日数时空分布特征

 以1951—2000年甘肃河西19个气象站气象记录为主要数据源，运用气候统计学方法，分析了河西地区近40 a大风日数的时空变化特征及其区域差异，结合地形地貌和大尺度天气系统变化，分析了导致大风日数分布特征的自然环境背景。结果表明：大风日数高值区位于河西地区的西部及高山地，从年内分布看，3~6月较多，占全年的60％以上，其次是2月和7月；从年际变化看，河西大风日数年际变化的共同特点是：1963—1976年是大风天气的频发期，之后呈波动式减少趋势，20世纪90年代中期是大风天气的低发期，90年代后期进入新一轮的波动增长期。大风天气受全球气候变化、大尺度天气系统及局地地形和下垫面性质的影响，大风日数多发期与反厄尔尼诺事件和干冷气候期相对应。     

沙尘事件对兰州河谷大气环境PM10的影响

利用1999—2001年兰州河谷大气中空气污染物的监测数据,结合河西地区沙尘事件频次,分析了兰州河谷大气环境PM10含量的季节变化特征及其成因。结果表明,源于河西地区的沙尘暴对兰州市空气中PM10含量有重要影响,PM10浓度在冬春季较高,在夏季较低。1985—2001年16 a来河西走廊中东部沙尘事件年均约为37.6 d,兰州河谷年均沙尘事件约为24.4 d,两者表现出显著的相关性（R=0.67,P=0.003）。2001年兰州河谷1 h平均沙尘PM10浓度统计分析显示:PM10含量大于1.0 mg·m-3 的峰值,主要由河西地区沙尘暴过程引起,而PM10含量0.5~1.0 mg·m-3之间的峰值,主要由工业污染物SO2、NOx及颗粒物的排放引起。要长期有效地改善兰州市大气环境质量,不仅要科学地制定本地污染物的减排措施,还要考虑周围地区生态环境的建设。     

甘肃河西地区大气沙尘成分及影响分析

 河西地区是中国西北干旱区沙尘暴活动比较频繁的地区之一,由沙尘暴引起的较高浓度的TSP严重污染城市空气质量。1999—2001年监测资料表明,河西走廊城市空气中TSP含量年平均值在沙尘事件和非沙尘事件期间的比率约为4~8倍。通过对2001年冬春季13次沙尘暴特征的统计分析,表明该区沙尘暴的特征主要体现在以下几个方面：①沙尘暴持续时间在1~3 d之间;②沙尘暴过程中的主导风向为NNW、NW和WNW;③1 h平均最大风速约为15.0 m·s-1,TSP最高含量约为62.53mg·m-3。沙尘颗粒表面的化学成分主要为地壳元素SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和TiO,而其中的微量元素Cu、V、Pb、Zn和As主要来源于工业尾矿及其他人为污染物。     

早全新世石羊河流域沙尘暴活动记录

位于西北干旱区河西走廓东段石羊河流域尾闾地区湖泊沉积中记录到了多层快速风成沉积，通过剖面样品粒度、石英砂表面特征和磁化率、有机碳等多指标的分析表明为沙尘暴的堆积，推断在早全新世10000-6700aB.P.石头号河流域气候最湿润阶段仍存在周期性的沙尘暴活动。     

地形对民勤沙尘暴发生发展影响的模拟研究——以一次特强沙尘暴为例

河西走廊是中国西北路径冷空气的必经之地,其狭管地形加之丰富的沙尘源地,使其成为中国沙尘暴多发区;民勤位于走廊中段,地处巴丹吉林和腾格里两大沙漠的接壤地带,正好位于雅布赖山和龙首山形成的山口下游方。河西走廊加上民勤周边这种双狭管的特殊地形,使得民勤又成为河西走廊沙尘暴的多发区以及中国的生态环境极度脆弱区。本文以2010年4月24日河西走廊一次特强沙尘暴（部分时段能见度为0,达到了黑风标准）为例,利用GRAPES_SDM沙尘模式对这次沙尘暴进行了数值模拟,并重点对民勤周边山地采取改变高度和范围等方式,模拟研究了地形对过境民勤的风速、地面起沙通量、沙尘浓度以及沙尘输送的影响。结果表明：（1）民勤周边地形高度降低的情况下,地面风速减弱,携沙气流遇到地形阻挡,沿着坡地爬升,部分沙尘可以翻越地形到背风坡,此时的地形特征将减弱沙尘扩散强度;（2）民勤周边地形高度增高,风速小于地形不变时的风速,气流发生明显的绕流,改变沙尘扩散方向;（3）改变民勤周边山体地形位置,狭管效应减弱,地面风速明显减小,沙尘影响范围较控制试验向南及东南方向扩展;（4）河西走廊南部祁连山高度改变对沙尘的影响程度大于民勤北部雅布赖山的改变,这与祁连山的山体面积和高度明显大于雅布赖山有关,说明河西走廊“狭管”地形是民勤沙尘暴之所以多发的重要原因,民勤周边的小型“狭管”地形又使得民勤成为走廊中沙尘暴最为严重的区域。（5）地形改变将减小地表起沙量,从而减小沙尘浓度,也即减弱沙尘暴的发生发展。     

土地利用变化对鄂尔多斯高原周边地区沙尘暴的影响

以鄂尔多斯高原周边地区为例 ,研究土地利用变化对沙尘暴的影响 ,建立了多年平均沙尘暴日数与沙漠化土地面积百分比之间的关系。该关系表明 ,当沙漠化土地面积百分比Rd大于 30 %以后 ,沙尘暴日数随Rd的增大而急剧增加。年均沙尘暴日数与耕地面积和大风日数之间的回归方程 ,结果表明 ,耕地面积减少和大风日数减少对沙尘暴减少的贡献率分别为5 9 7%和 4 0 3%。通过在干旱、半干旱脆弱生态条件下的地区进行土地利用结构调整和退耕还草 ,恢复草原生态系统 ,可以在一定程度上减低沙尘暴发生的频率。     

中国沙尘天气的区域特征

利用筛选的1954~2000年中国338个站沙尘天气资料及相关气候资料,从沙尘天气区划方面着重分析研究了我国沙尘天气的区域特征。结果表明： 1) 我国沙尘天气多发区分别位于以民丰至和田为中心的南疆盆地和以民勤至吉兰泰为中心的河西地区。不同类型沙尘天气的空间分布范围不尽相同,其中沙尘暴主要发生在与北方沙漠及沙漠化土地相联系的极干旱、干旱和半干旱区内。扬沙和浮尘天气除了在沙尘暴发生区的绝大部分地区出现外,还向其它邻近地区扩展,如扬沙可向东北地区和东南的黄淮海平原及以南地区扩展;而浮尘天气则主要向东南方向扩展,可涉及整个黄淮海平原和长江中下游地区。相比之下,上风方向的中高纬地区,如北疆和东北北部地区,浮尘天气发生甚少。2) 全国沙尘暴天气易发区可划分为北疆、南疆、河西、柴达木盆地、河套、东北和青藏等7个亚区。沙尘暴和浮尘在南疆区发生日数最多,而扬沙在河西区发生日数最多。     

兰州市2001年沙尘气溶胶质量浓度的特征分析

 分析了2001年沙尘暴期间兰州与靠近沙尘源区的武威的沙尘浓度和粒径分布特征,并运用对数正态分布规律拟合了沙尘粒径的分布。通过对比武威、皋兰和兰州沙尘暴期间沙尘浓度的变化以及武威与兰州的沙尘粒径分布特征,揭示了河西走廊沙漠对兰州市沙尘暴的影响。     

河西走廊沙尘活动对兰州PM10浓度的影响及其评估

通过分析2001—2005年河西走廊沙尘活动对兰州PM10浓度的影响并对其进行评估,得出如下结论：兰州的PM10浓度具有双峰值特征,两个峰值分别出现在冬半年的12月和3月,河西沙尘发生次数呈单峰型变化,峰值出现在4月,达到9.8次,对比两者的变化可知,河西沙尘活动的峰值对应春季兰州PM10浓度的次高峰。研究认为冬季特殊边界层条件是造成兰州PM10浓度高峰值的主要原因;春季河西沙尘发生次数与同期兰州PM10浓度呈显著正相关,沙尘暴活动的多发对应兰州PM10浓度次峰值。沙尘指数的定量分析认为,兰州年度（3月,4月）PM10浓度的16.4%（32.0%,47.1%）与河西走廊沙尘活动的影响有关系;兰州年度（3月,4月）PM10质量浓度中的8.8%（13.9%,23.1%）是河西走廊沙尘活动向兰州输送PM10颗粒的结果;河西走廊的沙尘活动能使兰州沙尘影响日PM10浓度增加数倍。河西走廊沙尘活动在不同时间段的影响程度不同。     

中国北方一次强沙尘暴爆发的数值模拟研究

 利用意大利国际理论物理研究中心发展的耦合了沙尘模块的区域气候模式（RegCM3）对发生在中国北方2006年4月9~11日期间的一次强沙尘暴的爆发进行了数值模拟研究。与实际观测相比,RegCM3成功地模拟出了本次沙尘暴爆发区域、天气形势及相应的沙尘气溶胶光学厚度（AOD）分布。4月9日6时,沙尘暴首先爆发于塔里木和吐鲁番盆地。受蒙古气旋的影响,24 h后甘肃中部及内蒙古西部地区也开始爆发沙尘暴。源区地面起沙率大于3 mg·m-2·s-1,单位面积上的沙尘载荷量高于3 000 mg/m2。对流层中低层沙尘主要向东输送,可影响我国华北绝大部分地区,本次沙尘暴过程造成中国北方主要城市空气质量的下降。模拟的AOD分布特征与地面起沙率和载荷量分布特征相对应,并与TOMS 卫星观测的气溶胶指数(AI)的区域和中心值具有较好的一致性。AOD分布由西向东呈递减的趋势,且有两个大于2的高值中心,一个位于新疆塔里木、吐鲁番盆地和古尔班通古特沙漠地区;另一个位于河西走廊和内蒙古交界地区。对比他人研究结果,RegCM3对沙尘的起沙、传输等过程以及AOD的时空分布模拟合理。     

Regional characteristics of dust events in China

The regional characteristics of dust events in China has been mainly studied by using the data of dust storm, wind-blown sand and floating dust from 338 observation stations through China from 1954 to 2000. The results of this study are as follows: (1) In China, there are two high frequent areas of dust events, one is located in the area of Minfeng and Hotan in the South Xinjiang Basin, the other is situated in the area of Minqin and Jilantai in the Hexi Region. Furthermore, the spatial distributions of the various types of dust events are different. The dust storms mainly occur in the arid and semiarid areas covering the deserts and the areas undergoing desertification in northern China. Wind-blown sand and floating-dust not only occur in the areas where dust storms occur, but also extend to the neighboring areas. The range of wind-blown sand extends northeastward and southeastward, but floating-dust mainly extends southeastward to the low-latitude region such as the East China Plain and the area of the middle and lower reaches of the Yangtze River. Compared with wind-blown sand, the floating-dust seldom occurs in the high latitude areas such as North Xinjiang and Northeast China. (2) The affected areas of dust storms can be divided into seven sub-regions, that is, North Xinjiang Region, South Xinjiang Region, Hexi Region, Qaidam Basin Region, Hetao Region, Northeastern China Region and Qinghai-Xizang (Tibet) Region. The area of the most frequent occurrence of dust storms and floating-dust is in South Xinjiang Region, and of wind-blown sand in the Hexi Region. In general, the frequency of dust events in all the seven regions shows a decreasing tendency from 1954 to 2000, but there are certain differences between various dust events in different regions. The maximum interannual change and variance of dust events during this time happened in South Xinjiang Region and Hexi Region. The dust events generally occur most frequently in April in most parts of China. The spring occurred days of dust events occupied 60-70% of the whole year in Hetao Region and Northeastern China Region. However, in South Xinjiang Region and North Xinjiang Region, which was less affected by monsoon climate, dust events may occur at any time of the year, less than 50% of the events in this region occur during spring. In the remaining three regions 50-60% of the dust events occur in spring of a year.