浮尘和重污染天气过程个例分析

利用MICAPS资料、NCEP再分析资料和环境监测站大气成分监测资料,分析2015年3月29日连云港地区一次浮尘及重污染天气过程,结果表明:由于上游地区出现沙尘天气后,空气中大量沙尘粒子随着高空西北气流携带向东南输送,影响连云港,从而形成浮尘天气;高空有西风急流带,400hPa下沉运动加强,高空动量下传是形成浮尘天气的动力条件;连云港处于弱气压场中,大气层结稳定,空气干燥,风力较小,不利于沙尘粒子和污染物扩散;由浮尘的质点后向轨迹模拟得知,沙源来自蒙古国东部地区,与高空形势分析结果一致。     

塔克拉玛干沙尘天气的激光雷达探测个例分析

利用偏振微脉冲激光雷达对塔中一次沙尘天气过程进行了监测分析,得到沙尘的空间分布结构、变化过程等信息:(1)偏振微脉冲激光雷达对沙尘天气的探测能够区分沙尘暴和浮尘沙尘天气现象;(2)在沙漠近地面发生沙尘暴时段,各高度层沙尘浓度基本上较高,退偏比在0.3~0.4,而在地面发生浮尘开始时段,在4 500 m以上高度沙尘浓度基本上较高,退偏比在0.3~0.4,而在地面发生浮尘开始和结束时段,在4 500 m以下高度沙尘浓度相对较低,退偏比在0.2~0.3左右;(3)沙漠近地面发生沙尘天气时,高空沙尘浓度也较高且来源于周边,高空较高浓度沙尘的持续时间长于近地面。     

甘肃省春季一次连续浮尘天气过程分析

2013年3月8~9日甘肃省出现了一次区域性的大风沙尘暴天气过程,此后到14日甘肃中东部一直维持浮尘天气,这样范围广、持续时间长的沙尘天气为近年来罕见。本文分析了此次沙尘天气过程的天气气候特征以及特殊气象条件对连续浮尘天气的影响,并以兰州市为例基于HYSPLIT-4轨迹模式探讨了浮尘天气过程的沙尘颗粒传输特征。结果表明:(1)前期暖干的气候背景有利于此次大范围沙尘天气的发生;(2)8~9日冷锋后的偏北大风引发甘肃省出现区域性大风沙尘暴天气,11日河西再次出现扬沙、沙尘暴天气,沙尘粒子沿西北气流向下游地区输送,致使12日河东出现浮尘天气的站数明显增多;(3)9日大风沙尘暴天气过后,甘肃省中东部边界层处在弱的偏东风环境中,大气层结长时间较稳定,沙尘污染物不易扩散;(4)在连续浮尘天气期间,甘肃省各地上空频繁出现逆温层,且逆温层高度在9日沙尘暴天气过后有明显抬升,阻挡了低层空气的上升运动,以致沙尘粒子聚集在700 h Pa以下。同时还发现,边界层上部逆温层的逆温温差越大,厚度越厚,造成浮尘天气的强度越强;(5)兰州市9~10日出现的浮尘天气起源于8日河西走廊及蒙古地区的沙尘暴,11日河西走廊再次爆发的沙尘暴天气对河东的浮尘天气影响较大。此外,10~13日陕西南部也出现了浮尘天气,"东高西低"的地面形势使此地上空漂浮的沙尘粒子处在偏东风的环境中,对甘肃中东部地区的浮尘天气有一定的回流输送作用。     

一次浮尘过程气溶胶光学特性及其辐射效应的研究

利用激光雷达对2006年6月17日出现浮尘天气进行观测,反演分析浮尘天气气溶胶消光系数特征,并将其消光系数放入LOWTRAN模式中模拟了大气长波冷却率。结果表明:浮尘刚出现时沙尘的消光系数较小,其峰值在地面附近,相应光学厚度也较小。浮尘发展时沙尘的消光系数增大,沙尘粒子慢慢从地面上升至高空,边界层高度达1 500 m左右,边界层内部沙尘气溶胶充分混合,消光系数趋于一致,光学厚度最大达0.41;17日浮尘期间(19:00—23:00),2 200 m以下20:00 h和21:00 h冷却率较其它时刻大,这两个时刻的沙尘浓度也较大;有浮尘时长波冷却率较无浮尘时增加,最大增加值在2 250 m的高度层达到0.04 K/h。      

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。     

2006年北京一次持续浮尘天气过程的分析

使用NCEP/NCAR再分析资料对2006年4月7~11日北京浮尘天气过程的持续性进行分析,指出此次浮尘天气过程主要受500 hPa西西伯利亚冷涡、鄂霍次克海暖高压以及青藏高原高压脊影响;700 hPa有干冷空气不断向北京地区输送,冷平流和斜压性都很强,大风和沙尘暴发生在强冷平流区域;由于华北南部地区近地面至中低层存在弱的不稳定层结,容易产生弱的上升运动。在近地面低压前部偏东风的作用下将沙尘粒子向北京地区输送,北京地区上空大气在中低层基本处于中性或不稳定层结状态,沙尘粒子不易在北京上空沉降,造成较长时间的浮尘天气。     

激光雷达和微波辐射计对邢台市一次沙尘天气的探测分析

利用气溶胶激光雷达、地基多通道微波辐射计资料,反演得到邢台市2017年5月3 5日沙尘天气过程前后的消光系数、退偏比和高空的温度、湿度变化,结合后向轨迹模式等资料,分析了沙尘天气过程前后的天气形势、颗粒物污染特征及来源、消光系数、退偏比等的变化。结果表明:来源于新疆北部的沙尘气溶胶受地面冷锋东移南下影响,以西北路径远距离输送沉降是导致邢台市颗粒污染物浓度骤升的主要原因,而本地大风的出现会导致由地面向高空扩散形成的沙尘污染次高峰,其中细颗粒物PM10的浓度升幅远大于PM_(2.5)浓度升幅;在高空2 000 m附近集聚的沙尘气溶胶可以形成消光系数大于1 km-1的强值区,沙尘聚集区域的退偏比平均值为0.252,与下层退偏比平均值为0.041的区域形成一个明显的沙尘分界线,消光系数的强值中心和退偏比的高低值分界线可以很好地表征出高空沙尘粒子的沉降变化;在高空沙尘沉降和地面大风引起的沙尘天气时,地面温度都出现了升高态势,在地面颗粒污染物浓度出现剧烈增加前,整层大气湿度呈现陡降趋势,而在颗粒污染物浓度处于高值波动阶段,整层大气湿度均维持在一个较低的水平。     

拉萨一次浮尘天气过程分析

2007年1月15—17日拉萨地区出现了一次浮尘天气,造成空气质量污染,能见度下降;拉萨地区的生产、生活及交通运输受到了较大影响。应用欧洲中心客观分析场资料和逐日观测资料,主要从天气形势和气候特征分析了拉萨浮尘天气形成的原因和空气污染的局地气象条件。结果表明,由于冷暖空气在高原地区对峙,温度梯度和锋区加强;以及200hPa高空西风急流的影响,引发西藏地区大风,使干燥、疏松的地表形成扬沙、沙尘暴,大量的细小沙尘粒子随高空偏西气流携带至拉萨。加之拉萨本地低空处于弱辐合区,大气层结稳定,风速较小或静风,导致了拉萨浮尘天气形成。最后,给出了拉萨浮尘天气预报的思路,为拉萨浮尘天气的准确预报提供了一些参考信息。     

北京春季一次持续浮尘和污染天气过程分析

2001年4月底5月初北京地区出现了一次以浮尘天气为主，夹杂轻雾、雷阵雨、烟幕等复杂天气过程的持续重污染事件，给北京地区的生产和生活带来了较大的影响。文章主要从天气形势上分析了北京浮尘天气形成的原因和持续空气污染的气象条件。结果表明，此次过程是由于高空冷涡发展东移，蒙古气旋发展和地面冷锋移动经过蒙古国南部和华北北部等干燥、疏松的地表形成扬沙、沙尘暴，大量的细小沙尘粒子随高空偏西气流携带而至北京，形成浮尘天气。本地低空处于弱辐合区，层结稳定，风速小、逆温频繁，这些均不利于沙尘粒子和本地污染物的扩散，导致连续可吸入颗粒物重污染的形成。     

激光雷达对一次沙尘天气探测与分析

利用中韩合作沙尘暴监测项目的微脉冲激光雷达(MPL)观测了2005年4月28日影响大连的一次沙尘天气过程.MPL遥感发现影响大连的沙尘气溶胶层位于0～5km的高度,厚度达5km多.通过激光雷达对大气气溶胶探测与分析,得到了一些沙尘过程对流层气溶胶分布的典型结果,并分析和讨论了沙尘过程气溶胶消光系数的垂直分布和演变特征.基本分析表明,本次沙尘过程的外源性特征明显,并且大气层结对气溶胶(沙尘)的扩散、沉降起着重要作用.     

2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27-28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气。28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气。本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征。结果表明：此次沙尘天气期间,北京沙尘气溶胶退偏振比约为0.25-0.40,退偏振比数据显示此次沙尘首先从高空进入北京,比地面提前6 h。此次影响北京的沙尘主要来自于北路,东路沙尘有一定补充;沙尘影响时段,北京Ca、Fe、Na、K、Mn等元素浓度显著升高,与该物质地壳丰度相当,污染物元素Cu、Zn、Pb、Cd、As等浓度有所降低,丰度远大于该物质在地壳中丰度。     

2011年长春市一次持续浮尘天气成因分析

利用气象探测资料和环境监测数据,采用统计分析、环流演变分析、物理量诊断以及后向轨迹法分析了长春市浮尘发生气候特征和2011年5月12日长春市出现的一次持续时间较长、污染程度较重的浮尘天气过程。结果表明：长春地区浮尘天气整体上呈波动性减少趋势,3-5月是主要发生时期;本次浮尘天气过程沙源来自蒙古国中部和内蒙古中东部,并随高空急流的输送影响东北地区,本地沙源没有补充;高空急流明显、地面风速较小、温度露点差较大、内蒙古东部辽宁省北部存在弱风区、整层大气稳定是该区域未出现沙尘暴而出现浮尘的主要原因。     

2013年春季沙尘天气特征及其成因

2013年春季,我国共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴2次,扬沙5次,是沙尘天气频次总体偏少,但发生时间偏早、影响范围较广的一年。通过对2012/2013年冬季及2013年春季天气气候特征的分析表明：（1）2012/2013年冬季,西伯利亚高压脊较常年平均明显偏弱,影响我国北方地区的西北气流及冷空气偏弱,我国大部地区气温偏高,不利于冬季土壤冻结,土质较为疏松,加之蒙古国及内蒙古大部地区纬向风为偏西风的正距平区,有利于起沙及沙尘粒子向偏东方向输送,这是造成2013年沙尘天气早发的主要原因;（2）2013年春季,我国北方大部地区处于该弱脊脊前西北气流,我国北方除东北地区气温较常年偏低外,其他大部地区气温均偏高,土壤解冻较早,加之3~4月降水偏少,植被状况偏差,土质疏松,是形成沙尘天气的主要原因;（3）气温偏高、降水偏少、土壤湿度降低,但2013年春季沙尘暴反而减少了,说明这些因素并不是沙尘暴发生的直接因素,而是造成沙尘暴发生的短期天气气候变化的间接原因。     

An Observational and Numerical Study on the Topographic Influence on Dust Transport in East Asia

Based on observations and numerical simulations, the topographic impacts on dust transport in East Asia were studied. Two regions frequently attacked by dust storms have been confirmed： one is the western part of Inner Mongolia and the southern Mongolia （namely the Mongolia Plateau）, and the other is the Tarim Basin. The most frequent dust storm occurrence area within the first region appears in its hinterland while that of the second one lies in its southern boundary. Moreover, the region from the northeastern edge of the Tibetan Plateau （TP） to the Loess Plateau is attacked by dust storms second frequently. The dust storms frequently occurring over the Mongolia Plateau axe related not only to the abundant sand and dust sources, but also to the special topographic conditions of East Asia. The most significant factor that influences the dust storms forming in the hinterland of the Mongolia Plateau is the canyon low level jet （CLLJ）, which dominates around the southern areas of the Altay-Sayan Mountains with an east-west direction in the beginning of its formation, and is accompanied by significantly enhanced surface wind afterwards. Due to the obstructive effects of the CLLJ, a lot of dust particles carried by the southward down-slope cold air mass would pile up over the southern slope of the Sayan Mountains. Meanwhile, uneven surface conditions are favorable for the dust particles to go up into the upper atmosphere. With the dust particles piling up continuously, a dust layer is formed in the troposphere and can be recognized as a ＇!dust accumulating container＂, which provides abundant dust particles to be transported later to the downstream areas. Additionally, the topographic features of East Asia also exert a great influence on dust transport. Generally, the easterly CLLJ enhances the easterly dust transport. The down-slope air current over the southern Sayan Mountains and the air flow surrounding the TP near its northeastern edge enhance the southward dust transport. Lastly, weather system influences are also examined. The weathers associated with cold fronts frequently appear over the areas of Mongolia and North China in springtime. The cold front system, in general, carries the sand and dust southwards. Among all topographic influencing elements, the rounding effect of the TP is the strongest. Under the combined influences of the cold front and the rounding effect of topography, most sand and dust particles are transported and then deposited over the Loess Plateau.     

北京沙尘天气的变化特征及其沙尘源地分析

通过对北京市沙尘天气的变化特征、出现沙尘天气的天气形势、移动路径、关键区域和地表特征的分析,以及与降水量的相关分析,研究了北京市沙尘天气的变化趋势及其沙尘源地的基本特征。结果表明,近56年来,北京市浮尘、扬沙和沙尘暴等天气现象均呈现出不规则的波动减少的变化态势;进入北京的冷空气和沙尘主要有偏西、西北和偏北三条移动路径;蒙古气旋加冷锋是北京产生沙尘天气的最主要天气系统;影响北京的沙尘质点主要来源于我国内蒙古以及中蒙边境地区;从地表特征来看,北京市周边地区存在着大片的沙尘来源地。沙尘天气与降水量的相关分析表明,沙尘源区的春季降水对当年北京市三种沙尘天气的影响突出,而本地的降水更多的是仅仅影响当年的沙尘暴天气。要缓解北京市的沙尘天气灾害,除了在北京市及其周边地区植树造林、建立生态屏障外,还要加强对沙尘源地的监测与管理,坚持以草定畜、适度放牧,严防植被破坏,同时要及时预报沙尘天气的影响范围和持续时间,把危害降到最低程度。     

乌兰察布地区一次大范围沙尘天气过程分析

运用常规气象观测资料,从天气环流形势的演变过程及有关物理量变化状况,对2010年3月19—20日发生在乌兰察布地区沙尘天气过程做了客观分析。分析结果表明：造成这次沙尘天气过程的主要影响天气系统是蒙古气旋和地面冷锋。蒙古气旋后部西北强冷空气侵入为起源于蒙古国西南部以及内蒙古西中部周边沙尘的输送提供了动力条件;地面冷锋过境使该地区温度梯度增大,空气对流上升加剧,为上游输送而来的尘土、沙石卷入空中浮悬提供了抬升条件。两者共同作用促使沙尘天气过程持续时间长、范围广,并伴有扬沙和沙尘暴出现。     

蒙古气旋爆发性发展导致的强沙尘暴个例研究

对2001年4月6～7日发生在中国北方的一次强沙尘暴过程,从沙尘源、干旱气候背景、天气系统及起沙和扬沙的动力机制进行了初步研究,揭示了强沙尘暴与蒙古气旋和高空急流活动的关系.得出:位于内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和中部的浑善达克沙地,是沙尘暴的主要沙尘源区;持续两年的干旱是强沙尘暴形成的气候背景;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;湍流输送和高空急流出口区左侧气流辐散强迫形成的干对流上升气流是沙尘向高空输送的动力机制等结论.作者认为强沙尘暴是挟带大量沙尘的强干对流风暴.     

内蒙古“4．23”沙尘暴天气的环流背景及成因

利用常规观测资料和MICAPS提供的相关资料,对2009年4月23日－24日在内蒙古中西部地区发生的大范围大风、沙尘暴天气的高、低空环流形势、物理量场、卫星云图及数值预报场进行了分析。结果表明：a）本次沙尘暴的主要影响系统是贝加尔湖高空低涡引导冷空气南下在蒙古形成密集的高空锋区;b）地面蒙古气旋的暖性性质为沙尘暴的爆发提供了有利的热力条件;c）强烈的上升与下沉运动为大风、沙尘天气的发生提供了动力条件;d）螺旋状逗点云系的发展为此次大风、沙尘暴天气的形成提供了有利条件;e）沙尘暴发生前期上游地区干暖的气候条件及下垫面增厚的于土层及沙区,对沙尘暴的发生提供最基本的环境条件。     

地形对沙尘暴的影响及敏感试验研究

在初步探讨地形影响沙尘扬升、传输、沉降等动力过程可能机制的基础上,利用沙尘数值预报模式对一次强沙尘暴过程进行了模拟研究,结果表明:沙尘暴形成阶段沙尘主要来源于阿尔泰—萨彦岭及以东地区,这部分沙尘主要向东扩展,该区域地形对其强度具有重要影响;内蒙古中西部、甘肃、宁夏等地的起沙主要在沙尘暴持续阶段产生影响,之后主要向南输送,青藏高原东侧地形绕流对其强度具有影响。地形影响可以使沙尘的扩展分为两种不同的方式,当上下游地形落差较小时形成整体推进式传输,此时沙尘位于对流层低层,没有上下沙尘层的分离;当上下游地形落差较大时形成分离式传输,沙尘位于对流层中层且在传输过程中沉降很弱,同时与地面附近的沙尘层分离。源于蒙古国、内蒙古等地的沙尘往往产生整体推进式传输;而产生于青藏高原的沙尘常形成分离式传输。     

2010年辽宁一次沙尘天气过程的气象因素及污染特征

利用常规气象观测资料以及环保监测数据,对2010年4月8日辽宁沙尘天气过程的高低空天气形势和主要气象要素进行探讨,并对沈阳地区的空气污染状况进行分析。结果表明：沙尘天气过程主要是受贝加尔湖地区东移冷空气和蒙古低压的共同影响,强大的蒙古气旋造成地面强变压导致地面风速加大,是形成沙尘天气的动力因子;沙尘天气来临前后,风速、能见度和湿度等发生急剧变化;在沙尘天气影响下,沈阳地区的PM10浓度迅速上升,而大风等有利的扩散条件,造成黑碳、气态污染物SO2和NO2浓度出现不同程度的下降。