大气气溶胶细粒子研究进展

大气细粒子PM2.5是大气气溶胶的一个组成部分,由于其粒径小,比表面积大,可以为有毒物质提供载体,所以它对环境和人体健康都有很大的影响。本文主要从PM2.5的危害、研究方法和沙尘细粒子的研究进展来阐述国内外细粒子的研究现状,并对其今后研究热点及新方向进行了展望。     

船基围隔条件下沙尘和营养盐添加对近海浮游植物群落结构的影响

为研究沙尘沉降和营养盐输入对中国陆架海域浮游植物群落结构的影响,于2017年3—4月在中国黄、东海进行沙尘和不同营养盐(NO^-₃、PO^-₄、尿素)添加的船基围隔培养实验。结果表明,与对照组相比,沙尘(2 mg/L)和尿素添加实验组的浮游植物群落细胞密度及群落结构变化不显著,叶绿素a含量差异不显著,优势种均为海链藻属 (Thalassiosira)。不同比值的氮、磷无机营养盐添加对水体中叶绿素a含量和细胞密度的影响不同,其中氮磷比为64∶1的实验组叶绿素a含量和细胞密度最高,分别为18.20 μg/L和7.86×10⁵cells/L。沙尘和营养盐添加对浮游植物群落的影响主要表现为叶绿素a含量、细胞密度峰值及不同优势种所占比例的差异,而各个实验组的种类组成及优势种具有一定的相似性。     

雅鲁藏布江中游沙尘天气频率及传输过程北大核心CSCD

利用2017—2020年冬春季(10月至翌年4月)雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,基于转移熵方法构建了沙尘传输矩阵,研究雅鲁藏布江中游沙尘天气的日变化特征和空间交互影响过程。结果表明:雅鲁藏布江中游沙尘天气主要出现在山南和日喀则两大宽谷沙源区,具有3~4 h持续性,并具有雅鲁藏布江中游南部白天单峰型、北部上半夜和上午双峰型结构的空间差异性。沙尘在空间上既有跨行政区传输,又在区内相互影响,形成复杂的空间交互过程。区域传输的空间差异主要受地理位置、沙尘源分布和风向风速的影响。两大宽谷和高海拔区作为沙源区不仅显著影响本区的自身和区内传输贡献,而且在西风带作用下对区外的传输贡献也很强,是沙尘传输空间网中重要节点,也是沙尘治理关键区。     

东亚沙尘气候效应对地面温度日较差影响的数值模拟

地面温度日较差（DTR）作为重要天气和气候指标,反映昼夜温差极值,比平均气温对地表辐射收支的变化更敏感,对环境变化和气候异常具有重要参考价值。沙尘气溶胶的气候效应是影响岩石圈-大气-海洋系统的重要因子,但目前的研究较少涉及沙尘气溶胶对DTR的影响机制。基于WRF-Chem模式（Weather Research and Forecasting coupled with Chemistry）揭示2002—2005年沙尘气溶胶气候效应对东亚地面温度日较差的影响。结果表明：WRF-Chem模式可以很好体现东亚气象场和沙尘气溶胶的时空分布特征。沙尘气候效应导致东亚大陆大部分地区DTR减小,沙尘直接辐射效应在其中起决定性作用。在白天,沙尘直接辐射强迫加热大气、冷却地表,减小地面总净辐射而降低日最高温度,导致DTR减小。在中国青藏高原和东北部地区,沙尘气溶胶间接效应占主导地位,导致青藏高原地区积雪覆盖减少,东北地区云水含量减小,间接导致DTR增大。     

A1B情景下东亚地区未来春季沙尘变化趋势预估

采用区域气候与沙尘耦合模式RegCM4-Dust,模拟研究了A1B情景下东亚地区未来（2015-2100年）春季沙尘变化趋势。结果表明：（1）总体上,东亚沙尘源区起尘通量与沉降通量存在明显的振荡特征,而沙尘光学厚度呈现显著的波动减小趋势;源区下游沙尘光学厚度和沉降通量均呈现显著的波动增大趋势。（2）沙尘子源区中,仅塔克拉玛干沙漠及周边地区起尘通量有显著波动减少趋势,速度达-2.1%/10a;萨雷耶西克阿特劳沙漠和呼伦贝尔沙地沙尘光学厚度减小速度最快,分别达到-2.8%/10a、-2.3%/10a。（3）未来,中国华北南部、黄淮以及长江中下游地区以及中国东、南部近海春季沙尘光学厚度增速均为1.5%/10a;中国近海沙尘沉降通量显著上升,速度达1.9%/10a。（4）地面风速尤其是最大风速变化是导致起尘通量变化的主要因素,而影响光学厚度的主要因素是地面最大风速。     

基于复杂网络模型的沙尘天气空间交互影响研究-以雅鲁藏布江中游为例

沙尘天气是雅鲁藏布江中游最主要的灾害,然而对该地区沙尘物质的传输过程及影响范围并不明确。利用2017-2020年冬春季（10月—次年4月）雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,采用转移熵方法构建区域沙尘传输矩阵,基于复杂网络理论分析沙尘天气的空间传输及交互影响特征。结果表明,1）雅鲁藏布江中游沙尘天气系统是一个稳健性网络,站点之间的沙尘天气互相影响,说明沙尘可以跨区域输送。2）申扎、南木林和尼木处于沙尘天气空间关联网络的核心,说明这三个地区是研究区的主要沙尘分布区;拉萨和墨竹工卡沙尘天气受其他站点影响程度最小。3）研究区沙尘天气影响时间短。沙尘持续时间以1小时为主,说明以局地起沙为主;3小时持续时间次之,说明个站点之间相互传输;6小时持续时间最少,说明沙尘不能长时间输送。综上所述,雅鲁藏布江中游沙尘天气即有局地供应,又有区域传输,各站点之间相互影响,形成复杂的空间交互网络。因此,为了减少研究区沙尘灾害的影响,应该立足于全面协调协作进行治理。     

2024年3-5月全球天气特征

利用全球GTS交换站、GSOD等地面观测数据以及国家气象信息中心提供的多源融合格点实况资料,对2024年3-5月全球天气概况及主要的灾害性天气进行了分析,结果表明：2024年3-5月,全球气温增暖趋势明显,灾害性天气种类多,极端性突出。阿拉伯半岛、伊朗、阿富汗、巴基斯坦、澳大利亚北部、巴西东南部、美国南部以及我国的华南等地的降水较历史同期显著偏多,而北美洲西部、东欧南部、印度半岛、中南半岛以及我国黄淮等地降水明显偏少;除俄罗斯北部、阿根廷南部等地外,全球其余大部地区气温接近常年同期或较常年同期偏高1～3℃,5月印度北部和巴基斯坦等国多地日最高气温超50℃,突破历史同期极大值。巴西东南部、西亚及中亚多地遭遇极端强降水或洪水。此外,3-4月北非和亚洲多沙尘活动。全球共有11个热带气旋活动,数量较常年同期偏少,其中5个登陆并带来较强的风雨天气。     

2005年我国沙尘天气的若干特征分析

2005年我国共出现了11次沙尘天气过程,其中沙尘暴4次、强沙尘暴1次,是沙尘天气频次明显偏少、强度明显偏弱、影响范围明显偏小的一年.春季(3～5月)的沙尘天气过程明显少于近6年的平均值,沙尘暴和强沙尘暴过程远少于2000、2001和2002年,该季累计出现的沙尘天气、沙尘暴总站日数较2000～2005年同期平均水平偏少4～7成,创近6年的最低值.分析表明,2004/2005年冬季我国北方地区雨雪偏多,地表积雪偏多,土壤表层湿度偏大,是导致2005年沙尘天气明显偏少、强度偏弱的主要原因.此外,冬末春初北方气温偏低,土壤解冻晚,延迟了沙尘天气的发生,造成早春沙尘天气显著偏少,沙尘多发期偏晚.     

大气边界层中沙粒悬移运动的数值模拟

将双时间法和k-ε湍流闭合模型应用于求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了沙地、沙丘流场.在此基础上,应用梯度输送理论求解平流扩散方程,模拟了平坦沙地、单个沙丘和连续沙丘周围沙粒的悬移.结果表明:1)来流的风速度足够大,使得地面摩擦速度大于起沙的临界速度,这是沙粒发生悬移的必要条件.但是光有足够的风速还是不够的,要使卷入空中的沙粒能在较大的高度范围内扩散,流场中必须存在一定强度的抬升气流.比较剧烈的地形起伏容易造成流动的不稳定;2)只有流场中存在抬升气流,才会使沙粒扩散到较高的高度;3)平坦地形时气流偏折主要是压力梯度的作用;而在沙丘起伏的表面,气流偏折受沙丘地形的影响很大.     

2004年春季沙尘天气分析

利用全国673个站每日8个时次的地面天气报告资料和T213模式产品,分析了2004年春季我国沙尘天气的主要特点,并初步揭示了其成因。结果表明:2004年春季我国北方共出现了15次明显的沙尘天气过程,其中3月相对偏多,4月却明显偏少;沙尘天气过程的强度大多偏弱。原因在于2~4月上中旬我国北方主要沙尘源区气温持续偏高,降水偏少,地表疏松,沙尘天气所必需的物质条件充足;同时,3月冷空气频繁影响我国北方,沙尘天气相对较多,但由于大部分冷空气势力不强,影响时间短,所引发的沙尘天气过程较弱。4月上中旬,影响我国北方的冷空气势力明显偏弱,激发沙尘天气的动力条件不足,因而沙尘天气显著偏少。