贺兰山地区春季沙尘气溶胶质量浓度的观测分析

通过对贺兰山地区大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴天气的采样，得到在不同天气条件下的气溶胶质量浓度，而且在它们之间存在一定的倍数关系。由Anderson和KB－120E采样器得到的总浓度是有差异的。     

贺兰山地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究

1996年至1999年4年间的4月和5月，在贺兰山的东西两侧沙漠地区用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪进行了大气气溶胶数浓度和质量浓度的观测，取得了大量背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下的沙尘粒子谱分布资料，通过统计分析研究，总结出不同沙漠地区不同沙尘天气条件下的大气气溶胶粒子谱的分布规律。     

春末中国西北沙漠地区沙尘气溶胶物理特性的飞机观测

将APS-3310型激光空气动力学气溶胶粒子谱仪安装在飞机上,于1999年春末对中国西北沙漠地区上空气溶胶进行探测。结果表明:沙漠地区上空沙尘气溶胶粒子数浓度一般为1~10个.cm-3,平均直径为1.6~4.6μm,最大直径为13.0~28.0μm;TSP质量浓度为0.01~0.08mg.m-3,PM2.5和PM10分别占TSP的3.6%~13.8%和50.3%~88.1%。高空沙尘气溶胶数浓度与下垫面状况密切相关,沙漠地表上空的粒子数浓度高于植被覆盖较好的地区;当在沙漠地区上空飞行轨迹为上升、平飞、下降时,沙尘气溶胶粒子谱呈现出由单峰偏态、双峰、正态到单峰偏态等形式的演变。     

贺兰山地区沙尘气溶胶瞬时谱分析及拟合

利用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪，1998年4、5月和1999年4月在贺兰山附近的巴音浩特、盐池、银川等地采集了具有代表性的背景大气、浮尘、扬沙、沙尘暴天气条件下沙尘粒子谱分布资料。对粒子瞬时谱的统计分析发现：不同的沙尘天气过程中，气溶胶的瞬时浓度存在很大差别。扬沙、沙尘暴天气过程中，气溶胶浓度变化较大；浮尘天气过程中，气溶胶浓度变化较小。沙尘现象越强，粗粒子（d〉2．5μm）越多，各粒径段浓度变化越明显。不同过程，粗细粒子对粒子表面积浓度贡献程度不一。沙尘气溶胶粒子谱型为单峰结构，对粒子的瞬时谱进行了谱型拟合，其具有对数正态分布函数的特征。     

2006年春季沙尘天气下背景地区大气气溶胶光学特性的观测研究

利用2006年3～5月北京上甸子本底站气溶胶细粒子(PM2.5)质量浓度、吸收和散射系数的连续观测资料,对2006年春季上甸子本底站清洁、污染输送及典型沙尘天气下气溶胶的消光特性进行了分析.结果显示:①本底站在春季清洁情况下PM2.5质量浓度、吸收和散射系数的日均值水平分别为:10 μg/m3、7 Mm-1和20Mm-1左右,单散射反照率分布在0.71～0.78之间;此次观测到的污染输送过程中PM2.5质量浓度、吸收和散射系数平均值分别为:145 μg/m3、44.5 Mm-1、374.3 Mm-1,单散射反照率分布在0.84～0.94之间;沙尘影响期间,PM2.5质量浓度、吸收和散射系数以及单散射反照率的测量结果分布在248.2～424.1 μg/m3、10.8～44.7Mm-1、225.4～392.5 Mm-1和0.89～0.96之间.②观测得出,沙尘影响集中的时段细粒子质量浓度、气溶胶散射系数和气溶胶吸收系数都成倍地上升,其中质量浓度和散射系数上升的幅度要高于吸收系数.③3种天气条件的对比结果显示.受沙尘天气影响PM2.5质量浓度明显上升,且逐时波动幅度大;吸收系数远高于清洁天气下的观测结果,但比污染输送过程的测量结果偏低;散射系数同样高于清洁天气下的观测结果,与污染输送情况下的测量结果接近.沙尘天气导致颗粒物浓度明显上升,其对气溶胶粒子散射作用的贡献要大于吸收作用.     

敦煌地区春季大气气溶胶粒子数浓度的分析

利用2002年春季在敦煌地区戈壁沙漠和绿洲农田观测的大气气溶胶粒子数浓度资料, 分析了它与沙尘天气的关系、谱分布特征以及两种地表下粒子数浓度的差异.结果表明, 不同天气条件下的大气气溶胶粒子数浓度有着不同的特征.在背景天气下, 敦煌地区的大气气溶胶粒子数浓度通常在104L-1以下, 其中以直径在0.5～1.0 μm之间的极细颗粒为主, 绿洲农田细粒子(直径＜3.0 μm)的数浓度高于戈壁沙漠, 而较粗粒子(直径＞3.0 μm)则相反.当沙尘天气发生时, 该地区的大气气溶胶粒子数浓度增大到105 L-1以上, 直径在1.0～3.0 μm之间的细粒子变为其主要成分, 戈壁沙漠4档的粒子数浓度均高于绿洲农田, 3.0 μm以上的较粗粒子两地的差异更大.     

北京沙尘质量浓度与气象条件关系研究及其应用

运用多元线性回归分析的方法对北京沙尘气溶胶质量浓度观测资料和相关气象资料进行了分析,结果表明北京沙尘气溶胶质量浓度与尘暴、浮尘、降水和大风四种气象要素密切相关。在此基础上给出利用常规气象资料计算沙尘气溶胶质量浓度的计算公式,并进一步计算了１９７１～１９９６年北京春季月平均沙尘气溶胶质量浓度。结果表明,从１９１～１９８９年沙尘气溶胶质量浓度总体呈递减趋势;１９９０年以后,沙尘气溶胶质量浓度有所增加。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

中国沙尘气溶胶研究新进展

由于人类活动和气候变化的影响,沙尘气溶胶已成为一个重要的地球环境问题.近10年来,中国学者对沙尘气溶胶物理化学特性和气候效应的研究有了新的进展.前者偏重于对单次观测的研究,后者包括阳伞效应、冰核效应、铁肥料效应3个方面的研究,同时还开展了沙尘气溶胶的生态环境效应研究.上述研究虽取得一定成果,但由于沙尘气溶胶研究的极大不确定性,特别是缺乏对沙尘气溶胶长期、系统的观测,仍存在一些亟待解决的问题.     

沙尘气溶胶辐射特性及其观测方法初步评述

沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用,大气中的沙尘可通过"阳伞效应"、"冰核效应"和"铁肥料效应"影响全球气候。本文对沙尘气溶胶的气候效应及观测方法进行了介绍。     

青岛大气气溶胶的浓度分布和干沉降的观测研究

根据青岛沙尘天气历史资料和近年来的青岛地面气溶胶观测资料,分析了青岛沙尘日数的长期变化趋势、季节变化特征以及气溶胶质量浓度、谱分布和干沉降的季节变化.分析结果表明,1961～1988年青岛沙尘日数呈波动变化,且幅度较大.1999年以来沙尘日数明显增加,且以浮尘天气为主.青岛在1961～2001年扬沙日数年平均值为1.83天,是北京同期的13%;年浮尘日数为2.93天,是北京同期的75%.青岛沙尘发生日数主要集中在冬春季,春季最高,冬季次高;夏季没有沙尘天气,秋季很低.青岛气溶胶质量浓度有明显的季节变化,春季最高,冬季次之,秋季又次之,夏季最低.大流量观测的总悬浮颗粒物(TSP)年平均浓度为177μgm-3,安德森分级采样器观测的气溶胶质量浓度为123μg m-3,两者的差别与不同的观测时间和观测仪器有关.在3月和4月,粗细粒子的浓度相差很大,粗粒子分别占总浓度的80%和62%.青岛气溶胶沉降通量在0.06～0.2 g m-2d-1之间,平均值为0.13 g m-2d-1,是北京沉降通量的30%.     

塔克拉玛干沙漠与撒哈拉沙漠沙尘气溶胶光学特性对比研究

基于2007—2021年CALIPSO和MODIS主、被动卫星遥感探测数据,对塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠的气溶胶光学特性时空分布特征进行探究及对比分析。结果表明：（1）两大沙漠的沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献率最大,气溶胶类型季节变化的相对单一性反映了塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠地区存在沙漠沙尘排放对总气溶胶成分的显著影响;（2）塔克拉玛干沙漠气溶胶光学厚度AOD的峰值出现在春季（春季>夏季>秋季>冬季）,而撒哈拉沙漠AOD的峰值出现在夏季（夏季>春季>秋季>冬季）;（3）撒哈拉沙漠总气溶胶抬升高度与塔克拉玛干沙漠相近,但近地面层消光系数明显小于塔克拉玛干沙漠;塔克拉玛干沙漠的消光系数平均值在所有季节中均大于撒哈拉沙漠,故塔克拉玛干沙漠的沙尘气溶胶AOD比撒哈拉沙漠的大;相比沙漠沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠都无明显的污染沙尘和抬升烟活动。上述研究结果揭示了两大沙漠源区沙尘气溶胶光学特性的观测事实与利用大气气溶胶时空变化特征反映区域气候变化的可能性。     

敦煌戈壁地表风蚀起沙量的计算

利用三种不同的计算方案,根据敦煌地区的观测资料,计算了2002年4月8日沙尘天气过程中戈壁地表的风蚀起沙量(垂直尘粒通量)。结果表明:三种方法的计算结果比较接近;在风蚀起沙较严重的时段内,顺风向沙粒通量和垂直尘粒通量平均值的量级分别为10-4kg·m-1·s-1和10-8kg·m-2·s-1。通过计算结果和观测结果的比较,在地面风蚀起沙物理机制的基础上,讨论了三种计算方案各自的优缺点。     

Optical Properties and Source Analysis of Aerosols over a Desert Area in Dunhuang,Northwest China

Aerosol observational data for 2012 obtained from Dunhuang Station of CARE-China(Campaign on Atmospheric Aerosol Research Network of China) were analyzed to achieve in-depth knowledge of aerosol optical properties over Dunhuang region. The results showed that the annual average aerosol optical depth(AOD) at 500 nm was 0.32 ± 0.06, and the ?ngstr?m exponent(α) was 0.73 ± 0.27. Aerosol optical properties revealed significant seasonal characteristics. Frequent sandstorms in MAM(March–April–May) resulted in the seasonal maximum AOD, 0.41 ± 0.04, and a relatively smaller αvalue, 0.44 ± 0.04. The tourism seasons, JJA(June–July–August) and SON(September–October–November) coincide with serious emissions of small anthropogenic aerosols. While in DJF(December–January–February), the composition of the atmosphere was a mixture of dust particles and polluted aerosols released by domestic heating; the average AOD and αwere 0.29 ± 0.02 and 0.66 ± 0.17, respectively. Different air masses exhibited different degrees of influence on the aerosol concentration over Dunhuang in different seasons. During MAM, ranges of AOD(0.11–1.18) and α(0.06–0.82) were the largest under the dust influence of northwest-short-distance air mass in the four trajectories. Urban aerosols transported by northwest-short-distance air mass accounted for a very large proportion in JJA and the mixed aerosols observed in SON were mainly conveyed by air masses from the west. In DJF, the similar ranges of AOD and α under the three air mass demonstrated the analogous diffusion effects on regional pollutants over Dunhuang.     

沙尘气溶胶对半干旱区微气象学特征影响的初步研究

沙尘气溶胶通过改变地表—大气间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响,进而影响到地表能量收支平衡以及近地面层气象要素的分布。半干旱区是我国干旱化表现最为剧烈的地区,也是沙尘暴频发地区和主要源区之一。本文利用吉林通榆半干旱区国际协调强化观测计划基准站2006年4～6月近地层微气象、地表辐射通量和沙尘气溶胶浓度观测资料,对比分析了该地区在典型沙尘暴天气、扬沙天气和晴朗天气等不同天气状况下近地层各气象要素、地表能量平衡及辐射收支的变化特征。结果表明,沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响,且表现出不同于干旱区的若干特性:半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2m.s-1,而相对湿度则降低了约35%。相对而言,气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天,感热/潜热通量分别约占净辐射的55%和30%,分别远大于/远小于晴天时的情形。该地区气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关,相关系数分别高达0.70、-0.75和-0.62。相比之下,干旱区沙尘天气时的感热通量要小于晴天时的值,而且气象要素的响应更加剧烈。     

民勤一次沙尘暴的观测分析

给出了2004年5月23~24日民勤站爆发沙尘暴前后以及沙尘暴内部的温度、比湿和风速垂直廓线,分析了沙尘暴发生前后及沙尘暴期间高空气象要素的演变特征,同时对大气的热力、动力稳定度参数进行了计算和分析。结果表明:沙尘暴来临前边界层内具有深厚的混合层,大气层结处于不稳定状态,温、湿结构及风的垂直分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴发生期,出现了稳定与不稳定层相间的情形,对流减弱,抑制了沙尘暴的发展;沙尘暴天气结束后中低层大气湿度增加显著;沙尘暴的强度与相对风暴螺旋度具有良好的对应关系。     

A Case Study of the Impacts of Dust Aerosols on Surface Atmospheric Variables and Energy Budgets in a Semi-Arid Region of China

The authors present a case study investigating the impacts of dust aerosols on surface atmospheric variables and energy budgets in a semi-arid region of China. Enhanced observational meteorological data, radiative fluxes, near-surface heat fluxes, and concentrations of dust aerosols were collected from Tongyu station, one of the reference sites of the International Coordinated Energy and Water Cycle Observations Project (CEOP), during a typical dust storm event in June 2006. A comprehensive analysis of these data show that in this semi-arid area, higher wind velocities and a continuously reduced air pressure were identified during the dust storm period. Dust storm events are usually associated with low relative humidity weather conditions, which result in low latent heat flux values. Dust aerosols suspended in the air decrease the net radiation, mainly by reducing the direct solar radiation reaching the land surface. This reduction in net radiation results in a decrease in soil temperatures at a depth of 2 cm. The combination of increased air temperature and decreased soil temperature strengthens the energy exchange of the atmosphere-earth system, increasing the surface sensible heat flux. After the dust storm event, the atmosphere was dominated by higher pressures and was relatively wet and cold. Net radiation and latent heat flux show an evident increase, while the surface sensible heat flux shows a clear decrease.     

干旱区一次春季沙尘过程的大气气溶胶垂直分布结构及其特征

采用微脉冲激光雷达(Micro-Pulse Lidar,MPL)对干旱荒漠代表站张掖站上空一次春季沙尘暴过程的边界层和自由大气的气溶胶分布和大气环境进行了观测。结果表明,气溶胶的垂直廓线可分为高、中、低3层,高层气溶胶出现在5～9km,主要是通过上风方向的高海拔区域或低层气溶胶通过对流等过程突破边界层顶进入自由大气输送而来,其分布高度在一天中随着时间的推移逐渐降低;中层气溶胶位于2.5～4.5km,其消光特性随高度的增加没有明显的变化,具有垂直混合现象;低层气溶胶在2.5km以下,其消光特性随着高度增加反而降低;中、低层气溶胶主要来源于外部源区或当地沙尘源区和沙壤土起沙。气溶胶垂直分布表现出3种形式:在大气稳定条件下,气溶胶随高度增加呈单峰型减小趋势;不稳定条件下随高度增加指数型降低;混合层中随高度增加而保持稳定。由于受边界层日变化的影响,气溶胶分布的上界出现单峰型日变化特征,具体表现为下午较高,早晨较低。     

基于模式分析一次沙尘暴过程中沙尘表面非均相化学过程对中国地区污染物浓度的影响

利用戈达德对地观测系统（GEOS）提供的再分析气象场GEOS-5驱动的GEOS-Chem模式,模拟中国地区2009年4月22~29日沙尘暴期间沙尘气溶胶表面非均相化学过程对我国污染物的影响。模拟结果表明,沙尘暴期间,全国平均沙尘硝酸盐和沙尘硫酸盐浓度分别为0.2 μg m-3和0.4 μg m-3,占总硝酸盐（非沙尘硝酸盐与沙尘硝酸盐之和）和总硫酸盐（非沙尘硫酸盐与沙尘硫酸盐之和）的24%和10%。我国西部地区沙尘硝酸盐占比（ > 80%）要大于其他地区,而西部地区的沙尘硫酸盐占比则要小于下游地区。考虑非均相化学反应后,沙尘暴期间,全国平均的二氧化硫（SO₂）、硝酸（HNO₃）、臭氧（O₃）、非沙尘硫酸盐、总硫酸盐、非沙尘硝酸盐、总硝酸盐、NH₃、总铵盐浓度变化量分别为-7%、-15%、-2%、-8%、3%、-2%、14%、21%、-5%。