河西走廊入口区下垫面对沙尘天气影响的模拟研究

在利用常规观测资料统计分析2000—2011年和沙尘天气多发年河西走廊入口区代表站点春季风速分布特征的基础上,采用区域气候模式（Regcm4.3.5.6）和欧洲中心更新的4DVar同化的ERA-interim资料,分析了河西走廊入口区下垫面类型改变对2007年4月13日一次沙尘天气过程的影响。结果表明：沙尘暴爆发时,河西走廊为风速大值区,风速8～10 m·s^-1;区域气候模式模拟的沙尘特征量与站点观测的沙尘天气分布对比发现,模拟的沙尘区的发展变化能较好地表征这次沙尘天气过程的变化;河西走廊入口区植被由沙漠改为落叶阔叶林后,发生沙尘天气时该地区风速有所减小,减小平均值为3 m·s^-1,且风速越大,减小越明显。不同粒径沙尘的起沙率和沙尘粒子柱含量对下垫面类型改变的响应有所不同,减小量最大分别达到-50 mg·m^-2·d^-1和-50 mg·m^-2,0.01～5.0 μm粒径沙尘减小范围和强度相差不大,5.0～20 μm粒径沙尘由于粒径最大减小最明显,由于模式中考虑的2.5～5.0 μm粒径沙尘在大气中所占比例小,减小量级和范围最弱。改变下垫面类型使得起沙率和沙尘粒子柱含量在沙尘天气最强时刻减少最显著。     

内蒙古半干旱区沙尘天气特征及其与地表特征的关系

利用2002-2010年朱日和气象站观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI),叶面积指数(LAI),植被净初级生产力(NPP)资料,分析了内蒙古半干旱区朱日和地区2002-2010年的沙尘天气特征。结果表明：朱日和地区临界起沙风速为9.4 m·s-1,2002-2010年沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率呈波动变化,沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率有很好相关性,超过18 m·s-1的强风极易导致沙尘天气的发生;定义标准化的沙尘天气频率（NfDO）为沙尘天气频率与大于临界起沙风速频率之比,当夏季降水量大于100 mm,夏季最大NDVI、最大LAI和最大NPP分别大于0.24、0.3 g·m-2·d-1和0.6 g·m-2·d-1（以碳计算）时,次年春季NfDO较低,沙尘天气不易发生;反之沙尘天气较易发生。对沙尘天气发生机制的分析发现,夏季有效的降水促进了植物生长,夏季降水量、最大NDVI、最大LAI和最大NPP增大,来年春天土壤不容易侵蚀,沙尘天气不易发生。     

我国北方沙尘天气的气候成因分析

本研究的范围在30°N以北地区,站点340个.通过采用区域平均及相关分析的方法,将中国北方沙尘(扬沙+沙尘暴)事件的年、季特征及其关系较为密切的地面气象要素包括降水、温度、风(风速、大风日数、风速≥5 m/s的日数)、湿度、蒸发量作了详细、综合的相关、对比分析.结果表明:春季多降水对沙尘天气的发生可以起到明显的抑制作用...     

新疆沙尘源状况及其沙尘气溶胶释放条件分析

沙尘气溶胶是干旱、半干旱区大气中重要的组成物质, 沙尘天气多发是该区域沙尘气溶胶含量高的主要原因。新疆1/4的土地被沙漠覆盖,塔里木盆地绝大部分地区沙土和沙壤土占地比率大于60%,沙漠沙以细沙为主, 特殊的下垫面为沙尘天气的形成提供了丰富的沙源;沙漠周围的边缘地带、河流两岸、古河道中的土壤类型中粒径小于2.5 μm和粒径小于10 μm的土壤颗粒物中细颗粒物分别达到了50%和20%,是大气沙尘气溶胶中细颗粒物的主要来源和潜在来源。沙尘天气的产生受大风、降水、植被覆盖度、下垫面性质以及大气环流等多种因素的影响。     

2002年春季中国沙尘天气与物理量场的相关分析

通过对2002年春季中国沙尘暴、扬沙、浮尘天气的综合分析,给出了各沙尘区沙尘天气发生的频率。并分析了沙尘天气分别与850 hPa全风速、散度,500 hPa全风速、散度、涡度、总能量、垂直速度,不稳定度指数K_i、K_y和S_i,300~850 hPa两层之间的风切变等11个物理量场的相关性。结果表明:2002年春季沙尘天气,除了具有往年的阶段性特点外,还具有明显的区域特点,即南疆区浮尘较多;河套区扬沙较多;蒙古区沙尘暴较为明显。沙尘天气与各物理量场的相关分析进一步证实,风是影响沙尘天气发生的最主要的气象要素,它与浮尘的出现有一定关系,但不是决定因素;而扬沙和沙尘暴的发生,风确是先决条件。     

兰州市沙尘天气污染特征及潜在源区

为了解兰州市沙尘天气期间大气污染特征,选取2016—2017年兰州市国家大气环境监测网络系统21个监测站点逐小时数据,对沙尘天气过程中的污染物特征进行分析。在此基础上,结合地面气象参数,运用HYSPLIT模型聚类计算和激光雷达观测等手段,对颗粒物来源和传输过程进行潜在源区贡献因子（PSCF）和浓度权重轨迹（CWT）分析。结果表明：兰州沙尘天气主要受西北方向、东偏北短距离传输、北部内蒙古路径3类气团影响,其中西北方向气团影响沙尘天气持续时间较长,沙尘过程中消光系数最高,环境空气质量转差显著,其他两类气团影响沙尘天气持续时间较短,有利于污染扩散;沙尘天气发生前期PM₁₀与气态污染物呈现正相关,沙尘天气过程中为负相关,沙尘天气后则再次转为正相关,沙尘天气对气态污染物浓度有降低效果;春季兰州地区颗粒物潜在区分布相对集中,主要来自于兰州西北部河西走廊,PSCF值大于0.7;冬季颗粒物潜在源区分布范围较广,PSCF值集中在0.7~0.9,其中对PM₁₀较大贡献区集中在新疆东南部,贡献值240~320 μg·m^-3。     

塔里木盆地沙尘天气的季节变化及成因分析

 选取了塔里木盆地周边16个站点,详细分析了沙尘天气的季节变化特征。结果表明：各站点沙尘天气频率虽均以春季最高,但其他3个季节沙尘日数的分布可以分为3种类型：第一种以秋季最高,夏季次之,冬季最低,如喀什和库车地区;第二种以夏季最高,冬季次之,秋季最低,如若羌地区;第三种以夏季最高,秋季次之,冬季最低,这一种类型是塔里木盆地沙尘天气季节分布的主要特征。沙尘天气的季节变化主要受风速和沙源季节变化的影响。当沙尘来源相似时,风速是控制沙尘释放强度的主要因素。     

基于CALIPSO星载激光雷达的中国沙尘气溶胶观测

基于2006年6月至2012年5月无云条件下CALIPSO星载激光雷达观测资料,分析中国典型地区（塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地、戈壁区和华北）沙尘气溶胶分布。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁区为沙尘天气发生频率高值区,且前者在各高度层的沙尘发生频率都大于后者。沙尘发生呈季节性分布。塔克拉玛干沙漠在春季沙尘发生频率最大,抬升最高可至10 km,冬季频率最小,高度最低,主要分布在3 km以下。戈壁区在春季沙尘发生频率、抬升高度最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏、秋两季。在塔克拉玛干沙漠,沙尘光学厚度春季最大约为0.44,冬季最小约为0.17,春,冬季消光系数峰值最大,可达0.25 km^-1,且随高度的递减率大于夏,秋季。在戈壁区和柴达木盆地,沙尘光学厚度春季最大、秋季最小。在华北,沙尘光学厚度春季最大、夏季最小,消光系数在2 km以上春季最大,这主要是由于春季远距离高空传输到华北的沙尘量最多。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏比为0.2~0.35,戈壁区为0.16~0.28,可能是由于塔克拉玛干沙漠的物质组成与柴达木盆地相同,而与戈壁区不同。华北因低层沙尘与其他气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度递增。4个区域对流层上部退偏比全为0.2,表明高空气溶胶可能为来自相同源区的沙尘。     

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。     

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。     

淮河上游全新世风成黄土-土壤物质来源研究

通过对淮河上游地区河南新郑全新世黄土—古土壤剖面磁化率和粒度的测量分析，揭示了淮河上游地区沙质黄土和古土壤的物质来源。该区黄土—古土壤磁化率明显低于黄土高原区，而粒度明显比黄土高原区粗，属于沙质黄土。通过两地区粒度分布的对比，揭示了它们有不同的粉尘源区，分属于不同的风成系统。淮河上游地区黄土是近源风尘沉积物，粉尘主要来源于孟津以东黄河冲积、洪积扇的松散河流沉积粉沙，实质是黄土高原水土流失的产物。黄河的频繁决口、改道、泛滥沉积为其提供了丰富的物源，其粗颗粒粉尘产生和搬运堆积的动力是东北风。淮河上游地区全新世早期粉尘是近源粗颗粒堆积，堆积速率可达18．6cm／ka，是黄土高原南部地区的2．3倍。     

新疆博尔塔拉河表土孢粉组合与植被关系研究

博尔塔拉河流域位于中哈边境,其植被和土壤具有十分明显的垂直分布和区域性差异,根据该流域一条自西向东沿着海拔高度从210 m 到3 235 m 长约200多km的样带上所采集的人为干扰较少的49 个表土花粉样品的孢粉组合图式和现代植被样方调查资料,探讨了博尔塔拉河流域植被与表土花粉之间的关系。该区孢粉谱从上至下可划分为6个带,分别对应高山草甸带、亚高山草甸草原带、森林灌丛带、灌丛草原带、荒漠草原带、荒漠植被带。值得注意的是第6个孢粉带因含有具湿地特征的隐域性植被类型花粉组分,故又分成2个亚带,即荒漠植被亚带Ⅵ₁和荒漠植被亚带Ⅵ₂。森林灌丛植被带上限的云杉花粉含量明显比该带下限的含量高,表明云杉花粉的传播在沟谷地区受山谷风的影响较大。与此同时,将孢粉数据与气象数据相结合,分析结果得出比较有代表性的云杉属(Picea)、桦属(Betula)、藜科(Chenopodiaceae)、麻黄属(Ephedra)等花粉,与降水量和温度的关系较为密切。     

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.     

Modern pollen assemblages of the forest communities and their relationships with vegetation and climate in northern China

53 pollen traps and surface samples were collected in order to detect the characteristics of pollen assemblages and their relationships with vegetation and climate in 16 forest communities located in 10 mountains in northern China. The results show that 72% of the pollen taxa (80 taxa) are the same between the traps and the surface samples. The dominant taxa in the plant communities are consistent with the main pollen taxa in the pollen assemblages at the same sites. In Pinus plant communities, both Pinus pollen influx and concentration are higher, indicating the high pollen productivity and good pollen preservation ability of Pinus. In Picea and Abies plant communities, Picea and Abies have lower pollen influxes but higher concentrations, suggesting their low pollen productivities but better pollen preservation abilities. In Betula and Quercus plant communities, Betula and Quercus have higher pollen influxes but lower concentrations, revealing their high pollen productivities but poor pollen preservation abilities. The study of relationships between pollen and vegetation with discriminant analysis shows that pollen assemblages from both trap and surface samples can reflect the characteristics of different communities and distinguish different ecological areas, but surface samples can reflect the dominant components of communities much better than the traps. The study on correlations between pollen assemblages and climate with DCCA reveals that significant correlations exist between pollen assemblages and mean temperature of the coldest month (r = 0.84 for trap samples, r = 0.72 for surface samples), and then annual mean precipitation (r = 0.73 for trap samples, r = 0.71 for surface samples).     

中国北方森林群落现代花粉与植被和气候的关系

53 pollen traps and surface samples were collected in order to detect the characteristics of pollen assemblages and their relationships with vegetation and climate in 16 forest communities located in 10 mountains in northern China. The results show that 72% of the pollen taxa (80 taxa) are the same between the traps and the surface samples. The dominant taxa in the plant communities are consistent with the main pollen taxa in the pollen assemblages at the same sites. In Pinus plant communities, both Pinus pollen influx and concentration are higher, indicating the high pollen productivity and good pollen preservation ability of Pinus. In Picea and Abies plant communities, Picea and Abies have lower pollen influxes but higher concentrations, suggesting their low pollen productivities but better pollen preservation abilities. In Betula and Quercus plant communities, Betula and Quercus have higher pollen influxes but lower concentrations, revealing their high pollen productivities but poor pollen preservation abilities. The study of relationships between pollen and vegetation with discriminant analysis shows that pollen assemblages from both trap and surface samples can reflect the characteristics of different communities and distinguish different ecological areas, but surface samples can reflect the dominant components of communities much better than the traps. The study on correlations between pollen assemblages and climate with DCCA reveals that significant correlations exist between pollen assemblages and mean temperature of the coldest month (r = 0.84 for trap samples, r = 0.72 for surface samples), and then annual mean precipitation (r = 0.73 for trap samples, r = 0.71 for surface samples).     

兰州市沙尘和非沙尘天气降尘的粒度特征比较

选择兰州市典型沙尘天气和非沙尘天气收集两类降尘,并对其进行粒度测定。结果表明：两种类型降尘粒度特征差别明显。总体上看沙尘天气和非沙尘天气降尘都以粉砂为主,但沙尘天气降尘粒度比非沙尘天气降尘偏粗,分选更差。非沙尘天气降尘粒度频率曲线呈双峰态分布。而沙尘天气降尘则呈单峰正偏态分布特征,说明沙尘天气沉降物来源比较单一。沙尘天气和非沙尘天气降尘的粒度分布曲线与兰州黄土的十分相似,说明现代降尘是地质时代风尘活动的继续,现代风积作用仍在进行。而它们粒度参数之间的差异可能与降尘堆积物的粘土化过程有关。     

北方草原区主要群落类型表土花粉分析

建立花粉与现代植被的关系是利用地层沉积物中的花粉记录恢复古植被、古气候研究的基础工作之一。中国北方草原区39个表土花粉研究表明,蒿属、藜科是草原区花粉组合的主要成分,以禾本科为建群种的草原群落花粉组合以蒿属花粉为主,禾本科花粉多低于10%。禾本科花粉的低代表性可能与其分蘖繁殖、花粉产量低有关。草原区表土花粉浓度与植被盖度相关不明显。典型草原与荒漠草原花粉组合存在着明显的区别,典型草原区藜科花粉百分比一般低于25%,荒漠草原区一般高于25%。DCA分析表明,草原区针叶树、莎草科、石竹科花粉代表较湿润的环境,蒿、藜科、锦鸡儿、柽柳、白刺花粉代表较干燥的环境,阔叶树、禾本科、菊科、毛茛科、蓼科、豆科、唇形科(百里香)、虎榛子+榛、蔷薇科花粉代表的环境介于前两组之间。DCA分析用于草原区花粉组合研究具有较好的环境指示意义。     

沙尘天气过程对沈阳大气冰核浓度与尺度分布的影响

为研究沙尘天气对大气冰核浓度及尺度分布的影响,2010-2012年春季用FA-3型安德森采样器在沈阳地区开展了大气冰核观测,采样后的滤膜在中国气象科学研究院的静力扩散云室中进行统一检测分析。针对2011年5月11-12日一次典型沙尘天气过程,分析了沙尘过程前后大气冰核浓度和尺度分布与变化特征。结果表明：沈阳地区春季大气冰核的本底浓度较高,约为0.8个·L^-1（活化温度为-20℃）;沙尘天气出现时可使大气冰核浓度突增10倍以上。约2/3的大气冰核集中在>4.7μm粒径段;有沙尘影响时,2.11～5.80 μm粒径段的大气冰核浓度增加最明显。大气冰核浓度的粒子尺度谱近似服从幂指数n（D）=A·D^B分布,其中A和B的数值在沙尘日明显大于非沙尘日。根据观测,建议在沈阳乃至中国北方地区春季有沙尘天气影响时应慎重选择人工影响天气作业方案。     

中国东部淤泥质海岸盐沼植被藜科花粉数量研究

选取中国东部江苏盐城和辽宁盘锦两地淤泥质海岸盐沼植被带,经植被调查和表土孢粉分析,讨论藜科(Chenopodiaceae)花粉数量与沿岸潮上带密布的碱蓬属(Suaeda. sp)植物群落的数量关系,论证藜科花粉含量与淤泥质岸线位置的关系。研究认为,当沿海古淤泥质地层中的孢粉组合,藜科花粉超过30%,可以判定为古海岸线潮上带。如果藜科花粉为20%~30%,多见禾本科(Poaceae/Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)的花粉,表明为海滨盐沼植被景观,古海岸线潮上带离之不远。第四纪古岸线变化研究,验证了藜科花粉数量可以作为判定淤泥质古岸线的代用指标。     

太白山北坡花粉通量与表土花粉研究

太白山北坡各森林植被带乔木花粉百分比多高于45%,与植被组成类似。高山草甸带捕捉器样品乔木花粉百分比低于15%,与植被组成一致,但表土花粉组合中乔木花粉百分比高于50%,外来花粉数量较多,进行高山带古环境研究应予注意。太白红杉林花粉通量最低,高山灌丛草甸最高。落叶栎林带表土花粉浓度最低,红桦林带最高。表土中松、冷杉属花粉百分比远高于花粉捕捉器,表明其在表土中有较好的保存能力。落叶松属和杜鹃花科花粉在表土及捕捉器中百分比均较低,表明对植被指示性良好。栎属与桦属花粉通量类似,但桦属花粉浓度大于栎属,表明栎属较桦属易于保存。