中国北方不同区域典型站点降尘特性的对比

2001年4月—2002年3月,选择位于中国北方沙尘源区的沙坡头和奈曼及位于黄土高原的古县进行了一年的大气降尘监测,并对不同季节降尘量、降尘粒度分布和元素组成进行了系统分析。不同站点大气降尘的这些特性的相同点可能反映了中国北方大气降尘的共性,不同点则反映了沙尘源区与沉降区大气降尘的差异。相同点主要表现为:降尘均主要源于地表沙尘释放,且以地方性颗粒物为主;季节分布均为春季最大、夏季次之、秋季最小;冬半年降尘中远源粉尘含量均大于夏半年,且降尘均主要表现为常态存在的非尘暴降尘。差异性主要表现为:奈曼和古县降尘中人为影响较大;古县降尘受远源影响最大,奈曼次之,沙坡头最小;降尘中粗颗粒物含量以沙坡头最高,古县略低于奈曼;粒度特征的季节变化受风力、源区距离、搬运方式和源区物质组成等因素的共同影响,且具有明显的区域差异。此外,降尘粒度大小与风力并不一定呈正相关,因此,利用黄土粒度来指示冬季风强度时必须结合其他代用指标才能做出较正确的判断。     

塔里木盆地大气降尘变化特征及影响因素分析

利用哈密、塔中与和田沙尘暴观测站2005—2008年大气降尘观测资料,结合铁干里克、民丰等18个大气降尘监测点2007年4月以来的大气降尘、沙尘天气等观测资料,分析了塔里木盆地大气降尘变化特征,同时分析了影响大气降尘浓度变化的主要因素。结果表明：①2005—2008年3站中哈密大气降尘量最少,其次为和田,塔中的大气降尘量最多; 2006年是4 a中降尘量最多年份,其次为2005年,2008年相对较少。②春夏季是大气降尘集中季节,秋季略大于冬季。塔里木盆地中部最高,南部及西南部的站点降尘明显高于盆地的东部和西部。③在沙尘暴季节,无论是5月还是6月,2007年大气降尘量基本上都高于2008年。④2007年5月和6月,除盆地东面的哈密、铁干里克以及西缘的阿拉尔3站外,其他18个站沙尘天气较多。沙尘天气是塔里木盆地大气降尘量高的主要因素,沙尘天气越多,大气降尘量越高。     

东亚沙尘源地、沙尘输送路径的遥感研究

东亚沙尘灾害严重影响东亚各国的生态环境 ,在源地大量侵蚀表层土壤 ,在输送过程中严重污染大气环境质量。此外 ,作为气溶胶 ,对区域辐射平衡和天气系统产生重大影响。本文利用 Sea Wi FS遥感数据分析了东亚沙尘灾害的源地、沙尘输送路径 ,结果显示 :东亚沙尘的三个主要源地是蒙古的戈壁、内蒙古中西部的沙漠戈壁和塔克拉玛干沙漠。沙尘输送路径有北路、中路和南路三条 ,北路主要影响中国的东北地区 ,中路主要影响中国的华北地区 ,南路主要影响中国的华中、华东地区。通过遥感确定沙尘源地和沙尘输送路径对于东亚沙尘灾害的治理有指导意义 ,也是对沙尘大气模式的一种检验。     

塔克拉玛干沙漠东南缘沙尘暴过程中近地表沙尘水平通量观测研究

沙漠是重要的沙尘源区,沙漠地区近地表水平输送的沙尘物质通量及其随高度的变化是沙尘输送过程的重要特征。在塔克拉玛干沙漠东南缘若羌平坦沙地的风沙观测场,利用BSNE集沙仪对沙尘暴天气过程中近地表2 m内不同高度沙尘物质的水平输送进行了观测,对其随高度变化特征进行了分析,并对近地表水平运动的沙尘通量进行了计算。结果表明:观测点沙尘物质的水平通量随高度的增加而减小,与高度的关系可用幂函数表示;约66%的沙尘在地表50 cm高度以内传输;80%的沙尘在地表100 cm高度以内传输;观测点2009—2010年12次沙尘暴天气过程,通过0～2 m高度的单宽总输沙量为3 627.9 kg·m-1,PM80、PM50的输送量分别为1 430.4 kg·m-1、216.2 kg·m-1。     

中国北方东部地区春季降尘量及其环境意义

 中国北方东部地区2001—2002年春季降尘量分布特征的研究表明,研究区平均春季降尘量为127.05 t·km^-2,约占全年的一半,且主要集中在3、4月;春季降尘以近源沉积为主,因此降尘量的空间分布主要受局部环境的影响;除中沙外,降尘总量和降尘中其他组分的沉积量随距离均呈现指数递减趋势,且粒度越大的颗粒物,其半衰距离越短;更新世时期黄土高原平均每年流失的黄土至少已达1亿t,现在黄土高原每年实际流失的黄土大约为14.4亿t,如以此侵蚀速度持续下去,黄土高原将在6.6~13.2万a之内被侵蚀完毕。     

沙尘源区与沉降区粒子的理化特征

在沙尘源区,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增,浓度峰值向粗粒径范围移动;在沙尘沉降区日本,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源,形成双峰型分布,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主,在＜2.1 um细粒径范围形成一个峰值.水溶性成分也不相同,沙尘源区粒子以Ca2+、SO42-、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主,在3.3～4.7 um形成浓度峰值;沙尘沉降区以NH4+、SO42-、NO3-等工业来源离子为主,在0.65～1.01 um形成峰值.在日本即使是当浮尘时期,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度.这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分.     

影响北京的两次沙尘过程传输特征对比分析

2017年5月4-5日和2015年3月28-30日两次影响北京的沙尘天气均包含外来输送及沙尘回流过程。采用常规气象观测资料、大气成分资料、CALIPSO卫星监测及风廓线雷达数据等，对两次过程中的气象要素变化、传输轨迹、天气学条件、边界层特征等进行分析。结果表明：两次过程均由蒙古气旋引起，远距离传输过程中经沙源地传输的沙尘气溶胶可被抬升至700 hPa以上高度，主要传输层位于对流层中低层；高空急流强度、入口区位置及次级环流的结构对沙尘传输及影响区域有重要指示意义；沙尘回流主要受大气中低层偏南风输送带的影响，主要传输高度为1 km以下的低层大气，北京与回流上游城市PM₁₀浓度变化的时间滞后性与前期沙尘天气是否得到彻底清除有关。     

中国北部一次沙尘过程中沙尘气溶胶的时空分布及输送特性

利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,结合气溶胶模式模拟,分析了2011年4月28—30日发生的强度较大的一次沙尘远距离输送过程中气溶胶的时空分布特征及输送特性。结果表明,此次沙尘过程有两个源区,分别为中国南疆盆地和蒙古国中南部,并在沙尘输送过程中交汇于内蒙古西南部和甘肃地区;源区一（南疆盆地）沙尘主要分布高度在1 km以下,退偏振比平均在0.35左右,色比值平均在0.6左右,且沙尘在输送过程中被抬升到自由对流层,并先后影响内蒙古西南部、甘肃、宁夏等地区,输送到内蒙古、甘肃地区时沙尘主要分布在2.5～3 km高度,退偏振比主要分布在0.3～0.5,色比值主要分布在0.5～0.9。源区二（蒙古国中南部）沙尘先后影响内蒙古中西部地区、甘肃、山西北部、内蒙古中东部地区、河北北部、北京天津和东北地区西部部分地区,沙尘输送到中国内蒙古东部、北京、河北等地区时主要分布在1～4 km高度,退偏振比值主要集中在0.3～0.5,色比值主要在0.7～1.2。     

沙尘源区与沉降区气溶胶粒子的理化特征

在沙尘源区 ,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源 ,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增 ,浓度峰值向粗粒径范围移动 ;在沙尘沉降区日本 ,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源 ,形成双峰型分布 ,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主 ,在 <2 .1um细粒径范围形成一个峰值。水溶性成分也不相同 ,沙尘源区粒子以Ca2 +、SO42 -、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主 ,在 3.3～ 4 .7um形成浓度峰值 ;沙尘沉降区以NH4+、SO42 -、NO3 -等工业来源离子为主 ,在 0 .6 5～ 1.0 1um形成峰值。在日本即使是当浮尘时期 ,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度。这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

黄土高原现代天然降尘的组成、通量和磁化率

黄土高原现代天然降尘的季节性变化研究表明，矿物粉尘是天然粉尘的主要组成成分，有机质和污染物以夏季粉尘中含量最高，粉尘的磁化率在80－150单位之间，明显高于冰期黄土，指示着间冰期时原始粉尘的磁化率就已受到气候条件的影响，粉尘沉积通量的季节性变化在高原北部较大，中部和南部变化较小，年累积通量也是北部明显高于基本相当的其它地区，分析粉尘沉积的气候过程认为，黄土坑原的天然防尘主要表现为常态存在的非尘暴降尘，大部分为近距离低空再搬运粉尘，其沉积通量与地表的干燥度密切相关，部分来自内陆远源沙漠，通过高空西风气流转输，冬季风粉尘在大部分黄土高原略高于其它季节粉尘，而在西北部显著增高。     

淮河上游全新世黄土及沉积成因

The dust source and transporting system are two indispensable aspects in the process of loess-palaeosol accumulation. It has been proved that the dust of the Loess Plateau mainly comes from the northwestern inland gobi and desert, transported by the East Asia monsoon systems and westerlies. However, there are little researches with respect to the dust source and deposition dynamics of the upper reaches of the Huaihe River. In the present study, we investigated and collected the YPC section with high resolution in the upper reaches of the Huaihe River. The chronological frame was reconstructed by optically stimulated luminescence (OSL) dating and correlated with the published loess time series. By comparison of the magnetic susceptibility (MS) and grain size (GS) of loess-soil profile among YPC profile, XJN profile (western Loess Plateau) and the JYC profile (southern Loess Plateau), we find similar climate change and pedogenic process between the upper reaches of the Huaihe River and the Loess Plateau, both experienced an extreme dry and the weakest pedogenesis during the last glacial, followed by a transitional episodes from the cold-dry last glacial to the warm-humid mid-Holocene and increased pedogenesis in the early Holocene, then a most humid-warm and strong pedogenesis in the mid-Holocene, and climate deterioration and decreased pedogenesis occurred during the late Holocene. But the MS of loess-soil profile sequences in the upper reaches of the Huaihe River was much lower than those in the Loess Plateau, and the GS was much coarser than those in the Loess Plateau. Comparison of GS for these three profiles revealed that there were different dust sources, which belonged to different aeolian transporting systems. The loess in the upper reaches of the Huaihe River was a wind blown deposition of near source, while the coarser dust mainly came from loose alluvial deposits of alluvial and proluvial fans of the Yellow River. The yielding and carrying dynamics of the dust in the Huaihe River is the northeast wind prevails in the winter half year.     

Measurements of dust deposition in Gansu Province,China, 1986–2000

Dust samples, collected monthly for 15 years from 50 urban sites in 10 cities in Gansu Province, China, provide information on modern rates of dust deposition in the desert and Gobi areas and in the Loess Plateau. Dust deposition is highest during spring months and lowest during autumn months, in both the desert and Gobi areas and the Loess Plateau. There is a significant positive correlation between dust deposition and dust event, and an inverse correlation between dust deposition and precipitation. The 15-year mean maximums in the desert and Gobi areas and the Loess Plateau are 498.64 and 327.02 t km⁻² year⁻¹, respectively, and the mean minimums are 290.22 and 180.86 t km⁻² year⁻¹, respectively. Drought may have a widespread, major influence on the modern rates of the dust deposition.     

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。     

内蒙古中西部沙源地影响沙尘暴扩展过程的数值模拟研究

 通过对2002年3月18—22日沙尘暴过程进行的数值模拟及针对内蒙古中西部沙尘源地影响的敏感性试验研究，结果表明, 内蒙古中西部荒漠化草原生态的迅速恶化是2001年前后沙尘天气的频繁发生的部分原因。由于沙源地海拔高度的不同和风速随高度的变化，在沙尘远距离输送过程中可能出现两个不同高度而相互孤立的优势沙尘输送带，分别位于对流层和地面附近。其传输距离、传输速度、影响地区、影响时间存在巨大差异。内蒙古中西部沙源地的起沙主要通过地面附近的沙尘输送带向东、向南传输。其通过对流层的传输随沙尘区的不断扩展而越来越弱，进而被其他更高海拔高度的沙源地起沙所取代。     

东北印度洋大气粉尘现代沉积过程分析

海洋大气粉尘是海气相互作用的桥梁。由于现代大气粉尘沉积在时空尺度上具有广泛性和可观察性,使其成为研究海洋海气相互作用的重要基础和手段。而位于世界屋脊青藏高原南翼的东北印度洋,是全球海洋生产力最强和生物多样性最丰富的海域之一,然而,关于海洋现代粉尘的研究还未见相关的报道。文章通过对东北印度洋2020年9―11月的大气粉尘进行走航收集,分析大气粉尘样品沉积通量,利用空气粒子模型模拟粉尘传播途径,对粉尘石英颗粒进行扫描电镜及能谱分析;再结合全球遥感数据,首次对东北印度洋大气粉尘沉积的现代过程进行探讨。研究发现,东北印度洋大气粉尘沉积通量变化在221~1 221 mg/cm²/d之间,研究期内粉尘日沉积通量最高值出现在冬季风盛行的11月中旬,而最低值则在夏季风控制的9月下旬,前者通量约是后者6倍;粉尘沉积通量变化主要受粉尘源区距离的影响,而粉尘粒径大小和风力强度有关。空气粒子模拟结果显示,粉尘的传播过程受大气环流系统的季节性和区域性控制,结合大气气溶胶数据可进一步探讨粉尘的源汇过程。此外,现代粉尘石英颗粒表面结构具有明显的风成环境沉积特征,石英颗粒磨圆度较好,具有蛇曲脊或“U”型坑,明显区别于水成环境下石英颗粒磨圆度差,具有贝壳状断口及“V”型坑等特征,可作为在沉积物中区分不同搬运动力组分的依据。     

黄土高原中东部沙尘与非沙尘天气花粉组成及来源范围

通过黄土高原两个不同地区(浑源、洛川)沙尘与非沙尘天气花粉组合的对比来探讨主要花粉类型最大传播距离。结果表明：沙尘天气花粉汇集量明显高于非沙尘天气,特别是蒿属和藜科花粉,沙尘天气平均是非沙尘天气的3倍以上。随风速增大,花粉可能的最大源区范围明显增大。风速低于3.3 m/s时,蒿属和藜科花粉多来自100 km范围内,其他类型花粉来源范围不超过20 km;风速大于5.9 m/s时,蒿属和藜科花粉源区范围增至300 km以上;其他类型花粉不超过100 km。风速达到12.5 m/s时,蒿属及藜科最大花粉源区范围可达1000 km,其他类型花粉不超过300 km。浑源地区不论平均风速还是最大风速均明显高于洛川地区,因此,主要花粉类型可能的最大源区范围达200 km,大于洛川地区(低于100 km)。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游，绿洲退化严重，沙尘天气频发，已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因，对区域4种典型地表（富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲）沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明：以风沙活动为主要特征的绿洲退化地，粉沙黏土组分含量高，PM₁₀沙尘释放强度大（0.2796 kg·d^-1·m^-2），为研究区强沙尘释放地表；富沙及富沙砾戈壁地表，风蚀强度大，但粉沙黏土组分含量低，PM₁₀沙尘释放强度较大（0.1267 kg·d^-1·m^-2，0.0672 kg·d^-1·m^-2）；尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高，但由于植被、水分等因素的制约，其PM₁₀沙尘释放强度最小（0.0240 kg·d^-1·m^-2）。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源（绿洲退化地和戈壁）包围，局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积，为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源，这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。     

新疆地区气候与环境变化对沙尘暴的影响研究

根据新疆地区50年来的气候变化以及人类活动的影响，阐述了新疆沙尘暴源区气候与荒漠环境变化。结果表明，新疆地区的气候由暖干向暖湿发展。自20世纪70年代中期以来，暖湿过程非常明显，特别是新疆南疆与北疆的气候变化特点和高山与盆地的气候变化差异以及湖泊其他水域面积的变化，都明显地反映了干旱区域气候变化的敏感性，并且也反映了新疆区域气候与中国中、东部气候变化的差异性。由于气候的波动和人类活动的干扰．使不同地区的荒漠环境受到不同程度影响。干旱地区的降水、大气湿度、下垫面状况等都直接影响着沙尘暴的发生和发展。沙尘暴的发生频率和强度与沙尘源区的状况及其气候与荒漠环境变化以及动力条件(即天气系统)等具有密切的关系。因此，20世纪80年代后期以来，气候变暖是造成干旱区生态环境恶化、自然灾害尤其是风沙灾害和沙尘暴增多的主要原因之一。同时，也反映出内陆干旱区是气候变化的敏感反应区。