中国西北大气沙尘光学特性的数值试验

利用 1991年 2月下旬～ 5月中旬HEIFE张掖和沙漠站的大气浑浊度观测、地面辐射观测及同期卫星资料 ,借助NCARCCM 3中的辐射模式CRM ,模拟估算了我国西北大气沙尘气溶胶的部分光学参数 ,单次散射反照率 (ω0 )和光学厚度比 [k(τλ=8～ 14 /τλ=0 .55) ]。计算结果表明 ,清洁天ω0 和k(τλ =8～ 14 /(τλ =0 .55)在沙漠和绿洲均为 0 .94和 0 .1;浑浊天ω0 在绿洲为 0 .90 ,沙漠为 0 .84 ;k(τλ=8～ 14 /τλ =0 .55)在绿洲为 0 .3 ,沙漠为 0 .4。在气候模式中 ,可将我国西部沙尘源区大气沙尘的ω0 和k(τλ =8～ 14 /τλ=0 .55)分别取为 0 .88和 0 .3。     

NOAA卫星沙尘暴光谱特征分析及信息提取研究

通过对2000—2002年多次沙尘暴过程NOAA卫星AVHRR资料的分析,研究了沙尘、云、沙漠、戈壁、积雪、裸地、植被等不同目标物的光谱特性,发现沙尘暴在AVHRR-2中各通道均有不同程度的反映。1,2通道中沙尘的反射率较高(介于云和沙漠之间);4,5通道的亮温低于晴空地表高于云;在3通道中沙尘表现的很独特,其亮度温度为所有研究目标物中最高的,表明通道3包含较多的沙尘信息,AVHRR-3取代AVHRR-2后对监测沙尘有不利影响。在此基础上提出定量提取沙尘信息的两种沙尘判识指数,并利用沙尘判识指数成功地提取多次沙尘暴过程的沙尘信息。结果表明：利用多通道组合沙尘判识指数能够对沙尘信息进行有效提取。     

沙尘气溶胶光学厚度的全球分布及分析

利用全球气溶胶数据GADS(Global Aerosol Data Set)计算了冬夏两季4种类型(积聚型、核型、粗粒型和传输型)沙尘气溶胶0.55μm光学厚度的全球分布。通过分析得出,气溶胶的消光系数和垂直厚度对光学厚度的影响很大。全球沙尘气溶胶分布具有明显的季节和地理差异,4个沙尘暴多发区,分别位于北非、中亚地区、澳大利亚西部和北美西部。中亚地区冬季沙尘气溶胶强度和范围比夏季大,北美和澳大利亚地区则相反,冬季光学厚度最大值位于北非的中部地区,而夏季其最大值位于非洲北部靠近大西洋的地区。沙尘气溶胶对<8μm的辐射吸收作用很弱,散射能力较强;对于>8μm的辐射吸收能力很强,吸收带位主要于8~11μm范围内。     

塔城地区沙尘天气变化特征

 根据1961-2005年塔城地区9个气象站地面实测资料,用线性趋势分析、Mann-Kendall、相关分析和合成分析等方法对塔城地区沙尘天气的时空分布及变化特征进行了分析,并对其机理进行了讨论。结果表明：1) 沙尘天气高发区位于沙湾、乌苏一带,次高值中心位于额敏,沙尘日数与大风日数、降水量空间分布呈反向分布的特点;2) 年均沙尘暴日数为3.8 d,主要发生在4-9月;3) 沙尘日数呈减少的趋势,其中沙尘暴日数以1.0 d/10a的速率显著减少,大风日数以10.5 d/10a的速率显著减少;4) 沙尘暴、扬沙、浮尘日数分别在1993、1992、1973年发生了显著减少的突变;5) 近半个世纪来新疆的冷空气活动强度和频率有所减弱(小),而大风日数的显著减少是沙尘日数减少的主要原因。     

沙尘气溶胶对西北地区植被遥感的影响分析

选取扬沙—浮尘天气发生中、后的对地观测卫星EOS-MODIS数据,利用6S辐射传输模式对该卫星资料进行大气订正,分析了沙尘气溶胶对沙尘多发区的西北地区植被指数(VI)遥感的影响。结果表明,与晴空天气得到的反射率相比,沙尘使红光通道反射率ρ1、近红外通道反射率ρ2和蓝光通道反射率ρ3均增加,归一化植被指数NDVI有不同程度的降低,降低最大值为0.246。抗大气植被指数ARVI也有所降低,降低最大值为0.231。应用晴空天气条件下的资料,建立了西北干旱区ARVI与NDVI之间的线性关系,并证明了在沙尘天气条件下,利用ARVI计算NDVI的方法,所得的结果较好。     

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.     

南疆盆地沙尘气溶胶光学特性及我国沙尘天气强度划分标准的研究

依据气溶胶光学厚度测量原理,利用布设于塔里木盆地腹地塔中和盆地西南边缘和田气象站的2部CE318自动跟踪太阳光度计于2002年6月至2003年11月期间的探测结果,结合地面气象实测资料,分析了南疆盆地大气气溶胶的光学特性。同时结合我国已有的沙尘气溶胶光学特性的研究成果,初步提出了依据气溶胶光学厚度判断沙尘天气强度的标准。结果表明:塔中、和田气溶胶光学厚度随波长的增大多呈现减小趋势,塔中个别季节有些例外;2站气溶胶光学厚度的日变化基本保持对称的抛物线形,在春、夏季尤为明显;Angstrom浑浊度系数β的拟合曲线显示β随能见度增大而减小,波长指数α随能见度的变化趋势说明弱沙尘天气下,大气中主要弥漫着小粒径的气溶胶颗粒,而强沙尘天气则以大粒径为主;沙尘气溶胶光学厚度随晴空、浮尘、扬沙、沙尘暴依次增加;沙尘天气发生时,气溶胶光学厚度的临界值基本为晴空值的两倍,沙漠地区气溶胶光学厚度≥1.1206,北京≥0.3174。而发生沙尘暴的阈值则有很大不同,沙漠区气溶胶光学厚度至少 > 3.0,北京由于大气污染等因素,其判断沙尘暴发生的阈值为1.9982。另外笔者认为AOD与水平能见度之比值能够较全面地考虑水平和垂直两个方向的要素变化,衡量沙尘天气强度更具有合理意义,值得更深一步的探讨。     

2004年春季沙尘天气对和田市空气质量的影响

利用沙尘暴监测网数据、常规气象资料以及MICAPS系统环流形势资料,对和田市2004年春季沙尘天气产生的污染进行了详细的对比分析。研究结果表明：和田市春季污染相当严重,主要以沙尘污染为主。整个春季79％时间API（环境污染指数）指数均达到500,且45％时间可吸入颗粒物PM10在TSP巾的浓度比例达50％。不同天气系统对和田市空气的污染贡献不同。从东路影响和田市的天气系统、高压底部型地面系统和浮尘天气所造成空气污染相当严重。其余天气系统和天气现象所产生的污染较小。     

天山北麓一次沙尘天气污染过程剖析

2004年4月19日天山北麓出现的沙尘天气,造成天山北麓各城镇空气质量严重污染。天山北麓地面至700hPa的水平风、上升运动为沙尘暴发生的驱动力,气温回升和近地层干燥丰富了沙尘物质,天山北麓地面至850hPa对流性不稳定是沙尘暴发生的局地热力不稳定条件。这次沙尘天气的沙尘来源于艾比湖的盐末、北疆耕作土壤和城市自身浮土,上游沙尘的输送与城市自身扬尘的叠加造成城镇颗粒物污染严重超标。     

伊犁盆地北部山麓黄土粒度端元指示的粉尘堆积过程

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区,是全球变化与区域响应研究的关键区域之一。中亚粉尘形成搬运沉积过程一直是全球变化研究的热点科学问题。本文选取位于伊犁盆地北部、北天山南麓不同地形和气候条件下的两处黄土剖面,对其沉积速率最高的层段进行了粒度测试分析,结合聚类分析和粒度分布曲线拟合两种方法,重建了黄土粉尘的堆积过程。伊犁盆地黄土主要由远源和近源物质组成,分别由高空西风和中尺度的区域风搬运而来。高空西风所携带的远源粘粒级矿物颗粒对盆地东部降雨较高地区有一定的贡献,而在盆地西部不容易沉降下来。中尺度区域风所搬运的近源物质组成了黄土沉积物的主体,而近源区沉积物的可用性在黄土的形成过程中扮演着重要角色。另外,非风暴过程中(沙尘暴过后)出现的浮尘在沙尘暴天气频率减少的时期对黄土的发育有重要贡献,而在沙尘暴天气频发的时期,较差的植被覆盖度能够使得已经沉降下来的浮尘组分重新被扬起至大气中。由此建立了一个粉尘堆积的概念模型。认识黄土粉尘的堆积过程对现代沙尘天气的治理和人类生存环境的改善具有重要作用。