北京春季沙尘暴的近地面特征

分析了 2 0 0 0年 4月 6日沙尘暴期间北京近地层气象要素的变化和沙尘期间土壤尘谱分布及其来源。结果表明 ,沙尘暴发生时 ,近地层风速明显增大 ,空气相对湿度迅速减少 ,边界层湍流交换强烈。沙尘暴期间土壤尘浓度高达 390 6 μg·m-3 ,是1 999年春季非沙尘期间土壤尘浓度的 4 0倍以上。其中粗粒子占了大部分 ,粒径大于1 6 μm、8μm和 2 μm的土壤尘浓度分别占总土壤尘浓度的 6 7%、78%和 94 %之高。沙尘暴过后 ,粗粒子的浓度和所占总浓度比重明显下降 ,但仍大大高于非沙尘期间。后向轨迹分析结果表明 ,此次沙尘暴主要来源于蒙古和内蒙古地区 ,并在强烈的西北气流的推动下经过高空长距离输送到达北京。     

一次黄沙输送过程的数值模拟研究

运用MM4中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式,模拟分析了1992年4月10日发生的一次沙尘暴天气及沙尘气溶胶（黄沙）输送过程。得出蒙古气旋冷锋后的大风是沙尘扬起的主要动力,地形抬升、白天混合层内的湍流扩散和锋区强烈的上升气流将沙尘输送到高层。沙尘气溶胶的水平输送主要通过对流层下层和上层两层向下游输送。低层沙尘随冷锋一起向下游输送,移速较慢;高层沙尘主要通过西风气流迅速输送到下游区域。     

北京地区沙尘天气的某些特征分析

利用近几年来气象卫星对沙尘天气的监测结果,分析了影响北京地区沙尘天气的一些特征,得到以下结果:(1)影响北京地区沙尘的源地可分为3类:第1类沙尘起源于蒙古国南部地区,第2类沙尘起源于我国内蒙古地区,第3类沙尘起源于北京本地.(2)影响北京地区的沙尘路径大致有3条:第1条路径,蒙古国南部-内蒙古浑善达克沙地-河北省西北部-北京地区;第2条路径,蒙古国南部-内蒙古朱日和一带-河北省西部-北京地区;第3条路径,山西高原-河北-北京地区.(3)沙尘在移动过程中,强度是不断变化的.(4)大气环流是制约沙尘天气的直接原因.     

2004年北京秋季大气颗粒物的化学组分和来源特征

2004年9月在北京城区进行了大气颗粒物采样,样品用PIXE方法进行了分析,得到了20种元素的浓度及其谱分布。并对北京颗粒物的谱分布、富集因子和来源进行了分析研究。发现K元素浓度分布呈细粒态单峰谱分布,细粒态K富集因子较高,表明了生物质燃烧的主要贡献。因子分析结果还表明,土壤尘、生物质燃烧、煤烟尘、工业源和汽车尾气排放源对秋季北京局地排放源有明显贡献。     

北京冬春季气溶胶化学成分及其谱分布研究

1999年2月23～26日在北京气象塔47 m高度和3月10～12日在距地面6 m高度各进行了为期3天的气溶胶采样,获得12组分级采样样品,用PIXE方法对样品进行了分析,得到了20种元素的浓度及其谱分布,并对当前北京气溶胶的来源、化学元素成分的变化进行了研究。与过去相比,除Si、K、Ca、Ti、Sr、V元素浓度降低外,其他元素浓度均有不同幅度的增加。研究表明,当前北京地区气溶胶的来源已发生较大变化。     

大同颗粒物化学成分及其对北京影响

Atmospheric particle samples were collected at an urban site of Datong, Shanxi Province, during December 2004 and their element concentrations at different sizes were analyzed by particle-induced X-ray emission （PIXE）. Analysis of the observation data showed that particle pollution was heavy in winter at Datong and that concentrations of most elements were high in the coarse range. Factor analysis （FA） results indicated that the soil and dust, coal combustion dust, and industry dust are main sources for atmospheric particles in winter at Datong. The enrichment factors of element concentrations showed that particle pollution at Datong impacts the down-wind region--Beijing--in the dust season.     

北京地区一次强沙尘天气过程的中尺度通量特征

应用大气所325 m铁塔的湍流资料和梯度资料,对2003年3月20～23日影响北京的一次强沙尘天气过程的中尺度通量和湍流通量进行了分析,结果表明:冷空气的影响是从上层开始的.沙尘爆发前,边界层有强逆温存在,动量以中尺度输送为主,湍流很弱.沙尘爆发时,向下的湍流动量通量明显加大.湍流动量通量是沙尘沉降的主要原因,但沙尘爆发前的中尺度过程不能忽略.沙尘爆发前后,感热通量均以小尺度的湍流输送为主,中尺度输送不明显.     

北京2004年一次强沙尘暴过程的辐射特征研究

利用2004年3月27～29 日北京沙尘暴期间观测的辐射、气象以及气溶胶质量浓度的资料,分析了该过程的地面辐射、气象要素以及气溶胶与辐射相互作用的变化特征.结果表明,沙尘暴期间紫外辐射的衰减与可见光辐射强度衰减规律不一致.紫外衰减主要受到细粒子浓度影响,同时紫外辐射占总辐射的比重与气溶胶中细粒子含量成负相关;而可见光辐射强度衰减与总辐射衰减同步.辐射变化和气溶胶质量浓度观测结果均表明,此次沙尘暴过程分为3个阶段,即,细粒子累积期、外地沙尘输入期和清除期.在沙尘暴期间地面一直维持一个低压、干冷的状态;当过程结束后,气压急剧增高,并在一段时间内处于高压控制之下.     

A Case Study of a Typical Dust Storm Event over the Loess Plateau of Northwest China

Enhanced observational meteorological elements,energy fluxes,and the concentration of dust aerosols collected from the Semi-Arid Climate Observatory and Laboratory(SACOL) during a typical dust storm period in March 2010 at Lanzhou were used in this paper to investigate the impact of dust aerosols on near surface atmospheric variables and energy budgets.The results show that the entire dust storm event was associated with high wind velocities and decreasing air pressure,and the air changed from cold and wet to warm and dry and then recovered to its initial state.The response of energy fluxes occurred behind meteorological elements.At high dust concentration periods,the net radiation was significantly less in the daytime and higher at night,while the heat fluxes displayed the same trend,indicating the weakening of the land-atmosphere energy exchange.The results can be used to provide verification for numerical model results in semi-arid areas.     

塔克拉玛干沙漠腹地春季一次沙尘暴沙尘气溶胶的辐射特征

利用塔中气象站地面辐射等气象资料结合PNIO（空气动力学当量≤10um的悬浮颗粒）质量浓度资料,以2007年4月15日晴天辐射特征为背景对4月22日塔克拉玛干沙漠腹地发生的沙尘暴天气进行局地辐射特征和沙尘气溶胶与净辐射作相关分析。结果表明白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,总辐射日峰值减少量为507W／m^2,地面长波日峰值增加量为185w／m^2,地面净辐射能量收支表现为白天的日峰值减少量为198w／m^2,夜间的日峰值增加量为40W／m^2。     

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%。     

中国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献

以数值模拟与大规模网络观测的对比结果为基础,通过对“去除”已经沙化土地获得的近地面层粉尘浓度的进一步分析,结合已获得的亚洲沙尘暴各源区粉尘释放量结果,提出我国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献约为6％的观点。     

强沙尘暴微气象特征和局地触发机制

强沙尘暴是干旱地区一种破坏性极大的灾害性天气现象。本文分析了1993年5月5日强沙尘暴的微气象特征和各辐射分量特征。并结合这次强沙尘暴大、中尺度过程特征，分析了强沙尘暴和干飑线的形成和发展机制，干飑线发展具有一种沙尘造成的辐射冷却正反馈机制和局地不稳定大气的触发机制。进而根据这些事实建立一个干飑线发展的物理模型。     

Aerosol Optical Properties Affected by a Strong Dust Storm over Central and Northern China

Aerosol observational data at 8 ground-based observation sites in the Chinese Sun Hazemeter Network(CSHNET)were analyzed to characterize the optical properties of aerosol particles during the strong dust storm of 16-21 April 2005.The observational aerosol optical depth(AOD)increased significantly during this dust storm at sites in Beijing city(86%),Beijing forest(84%),Xianghe(13%),Shapotou(27%),Shenyang(47%),Shanghai(23%),and Jiaozhou Bay(24%).The API(air pollution index)in Beijing and Tianjin also had a similar rise during the dust storm,while the Angstrm exponent(α)declined evidently at sites in Beijing city(21%),Beijing forest(39%),Xianghe(19%),Ordos(77%),Shapotou(50%),Shanghai(12%),and Jiaozhou Bay(21%),respectively.Furthermore,The observational AOD andαdemonstrated contrary trends during all storm stages(pre-dust storm,dust storm,and post-dust storm),with the AOD indicating an obvious"Valley-Peak-Valley"pattern of variation,whileαdemonstrated a"Peak-Valley-Peak"pattern. In addition,the dust module in a regional climate model(RegCM3)simulated the dust storm occurrence and track accurately and RegCM3 was able to basically simulate the trends in AOD.The simulation results for the North China stations were the best,and the simulation for dust-source stations was on the high side,while the simulation was on the low side for coastal sites.     

甘肃省近30年沙尘暴、扬沙、浮尘天气空间分布特征

通过对甘肃省1971－2000年共30年沙尘暴、扬沙、浮尘天气发生日数的分析，给出了年平均和四季的空间分布特征，并分析了沙尘天气形成的原因。分析发现，从武威开始，经景泰、白银、会宁到天水、徽县存在一个沙舌区，是浮尘天气的多发区。该沙舌与甘肃中部至陇南的干舌基本吻合，与青藏高原东北边缘的地形走向基本一致。该沙舌的存在是甘肃省中东部生态环境脆弱、荒漠化进一步发展的重要因素。     

华北强沙尘暴的数值模拟及沙源分析

首先对2000～2002年春季东亚沙尘天气进行了分析,结果表明有明显的日变化,沙尘暴下午最多,凌晨最少.然后,采用集成的沙尘天气预测系统对2001年4月6～10日、2002年3月19～22日发生的2次强沙尘暴过程进行了预测试验,将沙尘浓度的模拟结果与实况观测进行了对比.对沙源和起沙过程的深入分析表明:2次过程主要的沙尘源地是蒙古国南部,内蒙古中西部、河北北部、山西东北部、甘肃和青海北部等地区;起沙中贡献最大是粒径为2～μm和11～22μm的粒子,华北北部的荒漠化地区2～11μm 和11～22μm的起尘量相当,而内蒙古西部和蒙古国南部沙地附近的起沙以2～11μm为主,总的起尘量中2～11μm粒径组的贡献占90%以上.     

强沙尘暴天气形成机制个例分析

从气候背景、天气形势、地形作用、沙尘形成热力和动力学机制等方面,分别对2005年4月19、20日两天发生在冀南地区的扬沙、沙尘暴天气进行分析。结果表明:对流层低层横切变线和华北地形槽的存在使冀南地区沙尘天气加剧;沙尘发生前冀南弱辐合上升运动和上冷下暖的不稳定垂直结构可以迫使当地沙尘向空中扬起,上游地区较强的上升运动将当地的沙尘垂直输送到空中,在高空强西北气流的引导下将沙尘水平输送到下游地区;沙尘天气发生在上游地区对流层螺旋度最大正值区的下游,对流层螺旋度大小对沙尘暴预报有一定的指示意义。     

2006年春季一次引起华北地区强沉降的沙尘暴过程的模拟研究

2006年春季是我国北方地区2000年以来强沙尘暴过程最多的一年,浮尘和扬沙天气更是频繁发生.尽管,4月16～17日过程不是2006年春季最强的沙尘暴过程,但其在华北地区引起了严重的沉降,尤其对京津地区影响较大.这是一次由蒙古气旋引发的强沙尘暴过程.利用沙尘天气预测系统(IAPS 2.0)对该次强沙尘暴过程进行了模拟试验,结果表明:该系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力,基本模拟出了这次强沙尘暴的发生和移动;沙尘受对流层中低层偏西风的作用输送到华北地区,并从山东半岛越过渤海湾向东输送;主要的沙尘源地是蒙古国南部和我国西北的内蒙古、新疆西部、甘肃、陕西北部,而起尘最大的地区在蒙古国和内蒙古的沙漠、戈壁地区;沉降最严重的地区是沙尘源区及其附近,可达到50 g*m-2,其他地区的总沉降量在10 g*m-2左右.     

我国春季沙尘天气趋势的数值气候预测试验

利用IAP动力学气候预测系统(IAP DCP)对1980～2000年共21年进行了集合后报试验,首先考察了IAP DCP对我国春季气候异常的预测能力,并在此基础上利用该系统进行了春季沙尘天气异常的动力学气候预测试验.结果表明:该系统对我国春季气候具有一定的跨年度预测能力,特别是对春季西北地区降水异常和近地面风场具有较好的预报技巧.实时预测及其检验表明,IAP DCP对我国2003年春季沙尘的预测结果与实况比较一致.对2004年春季气候异常及沙尘趋势的实时预测结果表明,2004年春季我国北方,特别是西北及内蒙沙源地区降水偏多,冷空气势力较常年弱,因此2004年春季我国北方地区沙尘趋势应为正常或略偏弱.     

Characteristics of Elemental Composition of PM2.5 in the Spring Period at Tongyu in the Semi-arid Region of Northeast China

Continuous observations of mass concentration and elemental composition of aerosol particles （PM2.5） were conducted at Tongyu, a semi-arid site in Northeast China in the spring of 2006. The average mass concentration of PM2.5 at Tongyu station was 260.9±274.4 μg m^-3 during the observation period. Nine dust events were monitored with a mean concentration of 528.0±302.7 μgm^-3. The PM2.5 level during non- dust storm （NDS） period was 111.65±63.37 μg m^-3. High mass concentration shows that fine-size particles pollution was very serious in the semi-arid area in Northeast China. The enrichment factor values for crust elements during the dust storm （DS） period are close to those in the NDS period, while the enrichment factor values for pollution elements during the NDS period are much higher than those in the DS period, showing these elements were from anthropogenic sources. The ratios of dust elements to Fe were relative constant during the DS period. The Ca/Fe ratio in dust aerosols at Tongyu is remarkably different from that observed in other source regions and downwind regions. Meteorological analysis shows that dust events at Tongyu are usually associated with dry, low pressure and high wind speed weather conditions. Air mass back-trajectory analysis identified three kinds of general pathways were associated with the aerosol particle transport to Tongyu, and the northwest direction pathway was the main transport route.