塔克拉玛干沙漠腹地两次强沙尘暴天气分析

１９９６年７月１１～１３日在塔克拉玛干沙漠腹地,沿沙漠公路出现了两场强沙尘暴灾害性天气。应用天气学方法、ＮＯＡＡ气象卫星云图以及沙漠腹地两个定点气象观测站（塔中和肖塘）的地面资料,初步分析了两场强沙尘暴天气形成和发展的环流形势、主要影响系统及地面气象要素演变特征。发现在沙漠腹地因局地热低压发展和南支卷云线共同作用亦可触发中小尺度的强沙尘暴天气。     

塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区PM10时空变化特征及影响因素分析

利用Thermo RP 1400a对塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边的哈密与和田进行了长达6 a多的沙尘气溶胶PM10连续观测,结合气象资料,分析了该区域沙尘气溶胶PM10的基本特征及影响因素。其结果是:①在哈密、塔中与和田,浮尘、扬沙日数呈上升趋势,沙尘暴日数变化不明显,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶PM10浓度的主要因素。②PM10质量浓度具有明显的区域分布特征,塔克拉玛干沙漠东缘的哈密最低,其次为沙漠南缘的和田,最高的为沙漠腹地的塔中。③每年3—9月是哈密PM10质量浓度的高值时段;塔中与和田PM10质量浓度高值时段分布在3—8月,平均浓度分别在500~1 000 μg·m-3之间变化。④哈密、塔中与和田PM10季节平均浓度变化特征,春季>夏季>秋季>冬季;PM10平均浓度最高的塔中,春季在1 000 μg·m-3左右变化,夏季在400~900 μg·m-3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400 μg·m-3之间变化。⑤哈密、塔中与和田沙尘暴季节PM10浓度远高于非沙尘暴季节,沙尘暴季节浓度基本上为非沙尘暴季节浓度的两倍以上;塔中2004年和2008年沙尘暴季节平均浓度分别是非沙尘暴季节的6.2倍和3.6倍。⑥沙尘天气过程中PM10质量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。⑦风速大小直接影响大气中PM10浓度,风速越大浓度越高。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PM10浓度的变化。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴对新月形沙丘表面粒度变化的影响

以塔克拉玛干沙漠腹地的新月形沙丘为研究对象,对同一沙丘在沙尘暴作用下形态从新月形沙丘-不规则沙丘-新月形沙丘的演变过程做了观测记录,通过对不同形态沙丘表沙的粒度测量,研究沙尘暴对新月形沙丘表沙粒度的影响。结果表明：（1）新月形沙丘变形前与复原后,迎风坡中轴线处表沙的粒度变化趋势未发生变化,表现为从迎风坡脚至丘顶整体上逐渐变粗,表明风向风力相同或相近时,沙尘暴对形态相近的新月形沙丘迎风坡的粒度分布模式影响较小。（2）新月形沙丘中轴线与沙脊线处表沙均以极细沙和细沙为主,新月形沙丘原貌时,极细沙和细沙的平均占比在迎风坡与背风坡中轴线处分别为83.07%、82.81%,在左翼与右翼沙脊线处分别为84.42%、91.20%,复原为新月形沙丘后,极细沙和细沙的平均占比在迎风坡与背风坡中轴线处分别为73.18%、76.31%,在左翼与右翼沙脊线处分别为76.63%、74.0%。沙尘暴过后复原的新月形沙丘表沙分选性极好,粒径整体偏细,粒度参数一致性增强,表明沙尘暴对新月形沙丘表沙的粒度特征有重要影响。研究结果可为沙尘暴作用下新月形沙丘表沙粒度的空间分布规律研究提供重要参考价值。     

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。     

半干旱地区大气颗粒物浓度及粒径谱特征的观测研究

采用兰州大学半干旱气候和环境观测站（SACOL）2007年11月1日至2008年10月31日的APS-3321粒径谱仪的连续观测资料,对该地区大气颗粒物的浓度变化和粒径分布特征进行分析研究。结果表明,该地区颗粒物浓度年变化呈单峰值型,无论是数浓度还是质量浓度峰值均出现在12月,数浓度6月最低,质量浓度9月最低;和其他地区相比,无论数浓度还是质量浓度,均低于污染较严重的城市,但高于内陆清洁地区。数浓度和质量浓度平均日变化均呈单峰值型,都在上午11：00BST左右达到峰值,下午18:00BST左右达到谷值,但质量浓度峰值出现时间随季节而有所差异。颗粒物浓度的年变化和背景风场主导风向的年际变化有一定关系,而局地垂直风速及水平风向的昼夜转换对颗粒物浓度的日变化有较大的影响。数浓度粒径谱分布特征呈单峰值型,主要集中在0.673 μm左右;质量浓度粒径谱分布特征呈双峰值型,第一个峰值出现在0.777 μm左右,第二个峰值出现在5.048 μm左右。降水对大于1 μm的粒子的去除效果非常明显。当沙尘天气发生时,数浓度和质量浓度与背景天气条件下相比增大了22%和127%。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区大气气溶胶散射系数影响因子

利用2010年塔克拉玛干沙漠腹地塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站单波段(525nm)积分浊度计和PM10自动监测仪、能见度仪器观测资料,结合塔中地面气象观测资料,分析影响塔中气溶胶散射系数的各因子。结果表明:(1)散射系数和PM10质量浓度具有明显的正相关关系,相关程度秋季最大,达0.96;夏季次之,为0.94;冬季最小,为0.91。(2)质量散射系数3月最小,10月最大;四季中,春季最小,为0.60m2·g-1,秋季最大,为1.38m2·g-1。塔中站气溶胶质量散射系数小于河北张北站、甘肃民勤站、兰州西固区,大于内蒙古锡林浩特站、希腊克里特岛、以色列内盖夫沙漠。(3)能见度与散射系数呈显著负幂相关关系,相关系数为0.80,其中夏、秋、冬季的相关系数都超过了年相关系数,分别是0.913、0.908、和0.857,春季最低为0.723。(4)风速较大时,散射系数的值也比较大,两者呈现正相关关系,相关系数为0.45。散射系数小于500 Mm-1时,主要分布于ENE和NE;大于500Mm^-1以上则主要是在ENE、NE、E风向。在ESE风向时,散射系数的平均值最大,其次是SSE方向上,最小值是S风向。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度垂直分布特征

 利用Grimm 1.108、Thermo RP 1 400 a以及TSP等仪器于2009年1月至2010年2月对塔克拉玛干沙漠腹地塔中不同高度沙尘气溶胶质量浓度进行连续观测,结合天气资料进行分析。结果表明:①80 m高度PM10质量浓度最高,80 m高度PM2.5和PM1.0质量浓度明显低于4 m高度PM10,80 m高度PM1.0质量浓度最低。频繁的沙尘天气是影响不同粒径的沙尘气溶胶浓度含量的主要因素。②夜间至日出,PM质量浓度逐渐降低,最低基本上出现在08:00,随后质量浓度逐渐增大,18:00前后浓度达到最高值,然后又逐步降低。其规律与风速的昼夜变化完全一致。③TSP月平均质量浓度高值主要集中在3—9月,其中4月和5月浓度最高,随后逐渐减低。3—9月也是PM月平均质量浓度的高值区域,4 m高度PM10月平均质量浓度最高发生在5月,其浓度为846.0 μg·m-3。80 m高度PM10浓度远高于PM2.5和PM1.0浓度,PM2.5和PM1.0浓度相差较小。风沙天气对大气中的不同粒径粒子的浓度含量影响较大,风沙天气越多,粗颗粒含量越高,反之则细颗粒越多。④沙尘天气过程中不同粒径沙尘气溶胶质量浓度变化具有晴天<浮尘天气<扬沙天气<沙尘暴天气的规律。各种沙尘天气中,PM10/TSP表现为晴好天气高于浮尘天气,浮尘天气远高于扬沙和沙尘暴天气。⑤沙尘天气过程中,沙尘气溶胶浓度随着粒径的减小,浓度逐渐降低。不同高度、不同粒径的沙尘气溶胶质量浓度每隔3~4 d形成一个峰值区,与每隔3~4 d出现沙尘天气强度增强过程直接相关。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3廓线分析

为了揭示塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3的浓度变化特征,利用系留气艇于2008年1月18—25日在塔中地区进行了大气边界层O3观测试验,结合相关资料,初步分析了塔中地区冬季边界层O3浓度垂直分布特征及其与温度、湿度的关系。其结果是:①塔中地区臭氧浓度集中分布在10~50 ppb之间,其中试验期间观测到O3最大浓度值56.1 ppb,最小浓度为2.6 ppb,臭氧的最大浓度基本都在40 ppb左右,日平均浓度为34.4 ppb。②大气边界层O3的浓度廓线可分为峰值型、均匀型、增长型3种,其中均匀型所占比重最大。③大气边界层O3浓度与温度、湿度密切相关,逆温及空气中水汽的增加会导致臭氧浓度降低。④大气边界层O3有明显的日变化,越贴近地面日变化越明显,其变化特征与太阳辐射有着密切关系。臭氧浓度夜晚较低,日出后开始增加,午后达到一天中的最大值;随着日落,臭氧浓度开始减小,在清晨达到最小值;臭氧浓度日最大值出现在17:00,最小值出现在08:00。     

乌鲁木齐市近几年大气颗粒物中重金属的浓度特征

采用重量法对2014年、2015年、2017年采暖期乌鲁木齐市新疆农业大学大气颗粒物TSP、PM₁₀、PM_2.5进行采集,使用TAS-990型火焰原子吸收分光光度计、PF3型原子荧光光谱仪、石墨炉原子吸收分光光度计测定颗粒物中5种重金属元素的质量浓度,利用富集因子法分析重金属元素的富集程度及来源。结果表明：该采样点采暖期大气颗粒物TSP、PM₁₀的质量浓度在近几年均呈现出下降趋势,PM_2.5的质量浓度变化趋势为：2017年＞2015年＞2014年;重金属元素As的质量浓度在不同粒径大气颗粒物中均为最高值,且采暖期大气颗粒物中除Cr以外的重金属含量、重金属元素的富集程度近几年均呈现明显的下降趋势;重金属As、Cr、Zn、Hg元素更易富集于细颗粒物中。     

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴特征及其气象影响因素对比北大核心CSCD

利用2007—2021年多源环境、气象和卫星遥感资料,对比分析塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴事件的时空特征,以及导致这种差异的气象影响因子和环流背景。结果表明:(1)塔克拉玛干沙漠沙尘暴频次多于戈壁沙漠,且多发生在塔克拉玛干沙漠中东部,戈壁沙漠则多发生在中国内蒙古西部和蒙古国中南部;(2)东西向地面冷锋系统为塔克拉玛干沙漠沙尘暴的主要影响系统,且500 hPa高度距平场上亚洲东部中高纬度地区总体呈西低东高形势;南北向地面冷锋系统为戈壁沙漠沙尘暴的主要影响系统,且500 hPa高度距平场上亚洲东部低纬到高纬地区上空高度场异常呈“-+-”的分布;(3)塔克拉玛干沙漠春季沙尘暴的发生与当地前冬降水量显著负相关,与地面温度呈显著正相关;戈壁沙漠春季沙尘暴事件的发生与当地前冬降水量正相关,与地面温度负相关,但不显著。     

Analysis of mass concentration of atmospheric particulate matter in a sandstorm course and its affecting factors in the Taklimakan Desert

During the course of a major sandstorm from April 17 to April 23, 2008 in the Taklimakan Desert, data pertaining to the mass concentrations of different-sized atmospheric particulate matter were observed continuously with Grimm 1.108, Thermo RP 1400a, TSP, and CAWS-600 instruments. The results showed that: (1) during the entire sandstorm process there were some differences between the daily mean particle concentration peaks and the hourly mean particle concentration peaks because the actual sandstorm lasted for only about 4 hr, whereas more particles were accumulated in the floating dust days before and after the actual sandstorm; (2) the intensity of the sandstorm was enhanced with the increase of wind speed, and this was related to the peak mass concentrations of atmospheric particulate matter; the wind speed directly affected the concentration of atmospheric particulate matter: the higher the wind speed, the higher the mass concentration (>0.23 μm was 39,496.5 μg/m³, and >20.0 μm was 5,390.7 μg/m³); (3) the concentration changes of PM₁₀ and TSP were also related to the course and intensity of the sandstorm; and (4) the mass concentration of atmospheric particulate matter had the following sequence during the dust weather: clear day < floating dust < floating and blowing dust < sandstorm. Temperature, relative humidity, and barometric pressure are important factors affecting the strength of storms, which could also indirectly affect the concentration change of atmospheric particulate matter.     

塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测站(塔中站)直接探测的总辐射资料,对流动沙漠区近地层总辐射的变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:总辐射的连续日变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日总辐射上下变动的离散度较小,4月最大;1月、4月、8月、10月总辐射的平均日变化曲线皆呈正态分布,与同纬度地区比较,其年变幅较小;总辐射瞬时最大值为1 182.6 W·m-2,未超过太阳常数。总辐射随总云量增多而降低,且其在碧空最大,高、中、低云时逐渐降低,阴天Ci、Ac、Sc和Cb的平均总辐射约比晴天时分别减少5%、27%、51%和59%;沙尘使总辐射降低较为显著,风沙季节总辐射日变化与地面风速日变化对应,且主要受控于湍流作用,最大值出现与热力湍流和地面风力有关。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地面臭氧浓度变化特征及影响因素分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区2010年6月10日-2012年3月20日地表臭氧浓度连续自动观测数据,结合相应气象要素资料,对地表臭氧质量浓度的日、周、月、季节变化与不同天气条件下日变化特征进行了分析,同时探讨了影响臭氧浓度变化的主要因素。结果表明：①臭氧浓度日变化具有明显的单峰型日变化规律,夜间变化平缓,白天变化剧烈。09:00前后达到最低值,18:00前后达到最高值,出现时间稍迟于其他城市地区。②臭氧浓度变化具有“周末效应”现象。最高值出现在星期日,最低值出现在星期三;星期一至星期三浓度逐渐降低,星期四又逐渐上升。③最高月平均浓度出现在2010年6月,其浓度为89.6 μg·m-3,最低月平均浓度出现在2012年1月,其浓度为32.0 μg·m-3,2010年6-12月,浓度逐月降低。④春、夏季臭氧浓度较高,秋季和冬季明显低于春季和夏季,与大中型城市变化特征基本一致。⑤臭氧浓度日变化最剧烈的是晴天,其次为小雨天气,阴天日变化平缓。沙尘暴出现前,臭氧小时平均浓度变化较小,沙尘暴开始时浓度下降,且下降速度较快。⑥辐射变化也具有单峰型日变化规律,臭氧浓度变化明显晚于辐射变化,太阳辐射的强弱直接影响光化学反应速度,从而导致臭氧浓度的变化。⑦沙尘天气臭氧日平均浓度高于有间隙小雨天气和晴天。相对湿度、风速、风向、日照日数同时影响近地面臭氧浓度的变化,臭氧污染的发生是多种因素共同作用的结果。     

塔克拉玛干沙漠腹地太阳紫外UV-B辐射的观测与分析

利用塔中站（39°01′N,83°40′E)直接探测的紫外辐射资料,对塔克拉玛干沙漠近地层紫外辐射特征进行了系统的分析。结果表明,紫外UV-B辐射年总量为8.59 MJ·m-2·a-1。夏季紫外线辐射强度较大,7月达到最大为1.24M J·m-2,占紫外UV-B辐射年总量的14.44% ;冬季紫外线辐射强度较小,约为7月的1/5,1月出现最低值为0.257 M J· m-2;紫外UV-B瞬时辐射强度全年峰值为2.51 W·m-2,出现在6月。1、4、7、10月紫外UV-B辐射的日总量变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日紫外辐射上下变动的离散度较小,7月最大。紫外UV-B辐射随云量增多而降低;沙尘使紫外UV-B辐射的降低较为显著,沙尘暴时,其值为各类风沙天气中最低。     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射收支特征研究

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站探测的辐射数据,分析了流动沙漠区近地层辐射收支特征以及云和沙尘对其的影响。总辐射在夏季某些特定的天气条件下接近太阳常数。不同天气条件下,辐射收支特征存在较大差异;总辐射受云和沙尘的影响最明显,变幅最大,夏季沙尘暴天气时比晴天减少了80%以上;反射辐射的日变化趋势在各个季节内、各种天气条件下与总辐射非常一致;大气长波辐射所受影响较小,且云和沙尘会使其略微增加;地面长波辐射的变化幅度最小,均在10%以下;净辐射在阴天时略微降低,沙尘天气时明显降低,为负值。观测期间的平均辐射特征与晴天比较接近,平均的总辐射、净辐射与晴天的比值白天基本在0.7左右,说明云和沙尘对塔中的辐射能量有较大的强迫作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量变化特征

利用2009-2011年塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站测得的土壤热通量数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量在不同天气条件下的变化特征。结果表明：（1）塔克拉玛干沙漠腹地1 cm处土壤热通量年平均值为1.9 W·m^-2,5、20、40 cm处分别为1.0、0.4、0.4 W·m^-2;1 cm处土壤热通量年最大值为334.1 W·m²,年最小值为-184.2 W·m^-2;土壤热通量基本表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。（2）各土层土壤热通量具有明显的日变化特征。随着土壤深度的加大,土壤热通量的日变化幅度明显减小,最大值出现的时间有一定的滞后性。土壤热通量5 cm出现最大值的时间比1 cm处延迟3 h,延迟速率为0.75 h·cm^-1,20 cm比5 cm出现最大值的时间晚2 h,延迟速率约为0.13 h·cm^-1。（3）不同天气情况下的土壤热通量日变化特征有一定的差异,晴天较为规则,阴天、雨天、沙尘天则较不规则,且1 cm处土壤热通量受天气影响最显著。晴天1 cm处土壤热通量平均值为9.0 W·m^-2;阴天、雨天、沙尘天1 cm处土壤热通量值平均值分别为5.1、-6.1、-1.9 W·m^-2。     

Analysis on the temporal-spatial distribution character and effect factors of PM10 in the hinterland of Taklimakan Desert and surrounding area

In recent years, the physical and chemical properties of dust aerosols from the dust source area in northern China have attracted increased attention. In this paper, Thermo RP 1400a was used for online continuous observation and study of the hinterland of Taklimakan, Tazhong, and surrounding areas of Kumul and Hotan from 2004 to 2006. In combination with weather analysis during a sandstorm in the Tazhong area, basic characteristics and influencing factors of dust aerosol PM₁₀ have been summarized as below: (1) The occurrence days of floating dust and blowing dust appeared with an increasing trend in Kumul, Tazhong and Hotan, while the number of dust storm days did not significantly change. The frequency and intensity of dust weather were major factors affecting the concentration of dust aerosol PM₁₀ in the desert. (2) The mass concentration of PM₁₀ had significant regional distribution characteristics, and the mass concentration at the eastern edge of Taklimakan, Kumul, was the lowest; second was the southern edge of the desert, Hotan; and the highest was in the hinterland of the desert, Tazhong. (3) High values of PM₁₀ mass concentration in Kumul was from March to September each year; high values of PM₁₀ mass concentration in Tazhong and Hotan were distributed from March to August and the average concentration changed from 500 to 1,000 g/m³, respectively. (4) The average seasonal concentration changes of PM₁₀ in Kumul, Tazhong and Hotan were: spring > summer > autumn > winter; the highest average concentration of PM₁₀ in Tazhong, was about 1,000 g/m³ in spring and between 400 and 900 g/m³ in summer, and the average concentration was lower in autumn and winter, basically between 200 and 400 g/m³. (5) PM₁₀ concentration during the sandstorm season was just over two times the concentration of the non-sandstorm season in Kumul, Tazhong and Hotan. The average concentrations of sandstorm season in Tazhong were 6.2 and 3.6 times the average concentrations of non-sandstorm season in 2004 and 2008, respectively. (6) The mass concentration of PM₁₀ had the following sequence during the dust weather: clear day < floating dust < floating and blowing dust < sandstorm. The wind speed directly affects the concentration of PM₁₀ in the atmosphere, the higher the wind speed, the higher the mass concentration. Temperature, relative humidity and barometric pressure are important factors affecting the strength of storms, which could also indirectly affect the concentration change of PM₁₀ in the atmosphere.     

Analysis of atmospheric boundary ozone profiles in winter in hinterland of Taklimakan Desert

In order to reveal the variation characteristics of ozone (O₃) concentration in the atmosphere boundary layer over a desert in winter, an observation experiment was carried out in the Tazhong area by means of a tethered balloon during January 18–25, 2008. The vertical distribution of O₃ concentration and its correlation with temperature and humidity were analyzed based on experimental observation data and related data. Results show that: (1) The concentration of O₃ mainly ranges from 10 to 50 μg/L, with a maximum of 56.1 μg/L, minimum of 2.6 μg/L, and a daily average concentration of 34.4 μg/L. (2) O₃ profiles can be divided into three types: peak, uniform, and growth, where uniform accounts for the majority. (3) Temperature and moisture are influential on O₃ concentrations in atmospheric boundary layer. Temperature inversion and water vapor increase in an atmospheric boundary layer leads to a decrease of O₃. (4) O₃ concentration has an obvious daily change in Tazhong. It is lower at night, begins to increase after sunrise, and reaches a maximum at noon. The maximum appears at 17:00 BJT (Beijing Time), and the minimum appears at 08:00 BJT.