中国北方沙尘暴研究的若干进展

为了回顾总结中国北方沙尘暴研究的现状,本文评述了近20多年来中国北方沙尘暴研究的三个主要阶段,从沙尘观测、气候学、预报、变化趋势以及防御对策等6方面简要评述了它的研究进展和问题。指出北方沙尘主要源于中国西北及蒙古地区;随沙尘天气强度逐渐加强,不同沙尘天气时地面沙尘浓度约按3倍的比率依次递增;揭示了我国北方的五大沙尘暴多发区;主要有纯冷锋型和冷锋加中系统混合型两类沙尘暴爆发环流型;近50年来的沙尘暴活动呈波动变化,这与生态环境恶化,特别是东亚大气环流的年代际变化有关;防御沙尘暴重点要抓五大多发区生态环境的治理及沙尘暴预警系统的建立。

影响中国北方特强沙尘暴的环流系统分型研究

使用中央气象台出版的历史天气图资料,对1957～2002年发生在我国北方的33次特强沙尘暴过程的环流系统进行了分析研究,重点分析研究了环流系统的热力和动力结构、活动特征及高低层系统的相互配置;在此基础上,以形成触发沙尘暴强风的主要地面环流系统为依据,通过分类归纳,将形成我国北方特强沙尘暴的环流系统,划分成纯强干冷锋型、蒙古气旋与干冷锋混合型、蒙古冷高压南部倒槽型和干飑线与冷锋混合型4种类型。研究结果指出纯强干冷锋型的冷锋具有典型的2型冷锋的垂直结构,冷锋后有强大的气压梯度,冷平流强烈,锋后为西北大风,沙尘暴带为西北东南方向。蒙古气旋与干冷锋混合型以蒙古气旋的强烈发展为主要特征,气旋强烈加深,在地面强风形成中起着重要作用,气旋暖区及冷锋后为西南大风或偏西大风,沙尘暴带自西向东延伸,与气旋中心移动路径关系密切,冷锋后降温较弱。蒙古冷高压南部倒槽型强沙尘暴是由蒙古冷高压与河西暖倒槽相互作用形成强盛东风触发的,沙尘暴区范围较小,但稳定少动,持续时间较长。干飑线与冷锋混合型强沙尘暴是由冷锋前干飑线或中尺度低压扰动和冷锋相伴影响造成的,它可以和第、类同时发生,第、类天气尺度环流形势是产生该类强沙尘暴的环流背景。文章给出了各类特强沙尘暴的天气学概念模型。

我国沙尘暴变化及降尘特征研究

千年尺度上我国沙尘暴发生和发展具有明显的时空规律。我国的沙尘暴通常发生在寒冷时期,特别是三月到五月之间。主要沙尘暴事件与厄尔尼诺发生时间之间的相关性明显。在1995年-1998年间,沿喀什-塔克拉玛干沙漠-兰州-宁夏-西安-内蒙古一线采集降尘的资料,并对降尘的物理、化学和矿物特征做了研究。结果证明多数降尘物的结构序列是从细粘土到具有中级粒度的粘壤土,粒径一般在5微米到63微米之间;浮尘与中国中部黄土和西部、北部的细沙土相似。尘粒沉积化学特征以二氧化硅、氧化铝和较高含量的氧化钾为主。其中二氧化硅、氧化铝、氧化钾和二氧化硅的摩尔比分别是从5.17、8.43、0.009和0.036。在晴朗的天空,空气物质浓度是三峰光谱图,而在沙尘暴天气,主要矿物质是石英、长石、亚氯酸盐、伊利石、方解石、和白云石,物质浓度显示单峰光谱图。目前,大气尘粒的物理、化学与矿物特征与中国西部和北部沉积的黄土和类黄土状的土壤特征相似。中国北方的风成沉积和部分地区具有细密纹理的土沉积主要是由中国的干旱半干旱和蒙古地区的盛行风带来的。

我国北方春季沙尘暴的异常及其对冬季青藏高原地面感热的响应

本文选用中国178个常规气象观测站建站～2000年历年春季沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方春季沙尘暴的气候特征。在此基础上进一步揭示了我国北方沙尘暴的形成、发展以及造成的危害。结果表明我国北方春季沙尘暴存在东西反位相差异,近50年来,春季沙尘暴日数总体趋势在减少,但20世纪末又有明显的回升趋势。这不仅与影响我国北方的冷空气路径有关,还与青藏高原冬季地面感热的异常密切相关。

强与特强沙尘暴多发年与少发年春季气候特徵差异

本研究分析春季强与特强沙尘暴多发年与少发年的综观气候特徵差异,结果发现西伯利亚上空乾冷极地大陆气团在春季期间是否频繁进入中国,并造成东向强风通过沙源区,是影响沙尘暴多发或少发的主因。而其控制因子应是40oN南北间的气温梯度,若是向南梯度距平,则显示极地大陆气团降温显著,冷气团频繁南进;但若是向北梯度距平,则极地气团增温明显,会抑制冷气团强度发展与南进。表现出来的就是多发年时,西伯利亚上空呈现负气温距平、负重力高度距平与气旋型向量风距平;少发年时,则呈现正气温距平、正重力高度距平与反气旋型向量风距平。而其根本的气候控制因子,应是由低层到高层间,是否低压槽或是高压脊频繁移入,若是前者则有利於槽线前方上升气流运动,所以绝热冷却明显;反之,若是后者则有利於脊线前方下沉气流运动,所以绝热增温明显。至於最终的控制因子,也就是为何低压槽或高压脊频繁移入,则应是与全球大气环流的变动有关。此外,本研究也探讨多发年代(70年代)与少发年代(90年代)的综观气候特徵差异,结果发现其与多发年及少发年间的特徵差异相似,显示强与特强沙尘暴的出现频次,不仅具年际变化,也具年代际变化特徵。更且,影响多发或少发的气候因素,能有效维持在一个年代内。本研究进一步探讨50、60、70、80、90?

沙尘暴过程中的混合层特征

本文基于大气气溶胶垂直分布的一些观测事实和针对两例不同天气类型的沙尘暴过程进行的观测分析,得出在行星边界层中,气溶胶浓度远大于其上方的自由大气;且其层结越接近中性,其浓度越接近均匀分布。在冷锋型沙尘暴的维持阶段,地面风速较强且其大小与沙尘暴强度是比较一致的。在高压底部偏东风型沙尘暴过程中,使沙尘暴触发和维持的地面风速弱于冷锋型,且沙尘暴强度与地面风速大小没有明显关系。混合层是影响沙尘暴发生及强度的另一个重要因素。混合层总与沙尘暴伴随,且其维持滞后于沙尘暴。其原因是沙尘气溶胶对地面吸收太阳辐射的削弱使混合层的日变化减小,从而产生一种使混合层维持的机制。这一辐射影响在沙尘暴过程中具有普遍性。在冷锋型沙尘暴过程中,沙尘辐射对冷锋强度的强迫也导致混合层日变化出现增强的趋势。它们的共同影响使冷锋型沙尘暴过程中混合层能够始终维持但其日变化强于高压底部型。混合层与沙尘暴的关系应该结合沙尘暴的不同发展阶段考虑。

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对影响2001年4月6-8日强沙尘暴天气发生的若干天气因素进行了研究。结果表明在本次“锋面气旋型”沙尘暴过程中,气旋冷锋是引发强沙尘暴的主要系统,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。冷锋的动力学特点决定其常与强沙尘暴伴随。影响沙尘暴的诸多天气因素中,影响地面大风形成的有效动量下传机制为高空急流下沉支使高空动量下传至对流层中层,其下方形成的深厚混合层使这一动量继续下传到地面。“混合层”从本质上反映了有利沙尘暴形成的大气层结特征,深厚混合层的是否形成很大程度决定着沙尘暴的强度。本次过程深厚混合层的形成是长时间地面加热的结果,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献,其影响程度与地形分布密切相关。地面热通量试验表明地面加热对冷锋过境时上升运动的强度、深厚混合层形成、高空动量下传等具有重要影响,并因此影响沙尘暴强度。

与长途输送和当地污染物排放有关的大气悬浮物中的Cd/Pb和Zn/Pb比例特征(英文)

沙尘暴应急监测方法研究

在沙尘暴应急监测方法研究中,通过对总悬浮颗粒物采样仪器及各种采样参数的研究确定和降尘采样器的研制,制定出沙尘暴应急监测方法。

防治沙尘暴与生态建设

沙尘暴的发生和发展与荒漠化息息相关,沙尘暴的频频发生正是对土地荒漠化程度发出的黄牌警告。干河谷,干湖床区;洪积-冲积区;基岩风化的残积、堆积区;黄土丘陵区;冲积泛滥、平原区;沙丘活化区等六大区域的风蚀及水蚀为沙尘暴提供大量的沙物质来源,干旱大风条件成为沙尘暴的动力。防治沙尘暴、减缓沙尘暴威胁,必须从增加地面粗糙度、降低风速、防风固沙入手,首先从生态恢复开始,以植被自然恢复为主体方向,再辅以人工造林、种草等生态建设措施,共同构建人与自然协调发展的生态平衡模式。

过去3000年来与剧烈种群变化相关的高风蚀颗粒流动和低降雨现象(英文)

不同大陆沙尘事件对台湾中部地区大气气胶化学组成的影响

2002年中部地区受大陆沙尘事件的影响共计8个案例,本研究於台中市中兴大学测站量测PM2.5与PM2.5-10化学成分及气胶的粒径分布。大陆沙尘事件期间,PM2.5-10质量浓度平均为44.7μg/m3,为平常22.5μg/m3的2.0倍,而PM2.5质量浓度则为平日的0.8倍。由微粒粒径之分析结果显示,大陆沙尘事件期间所带来的沙尘微粒,主要介於1.8～3.2μm。在化学组成方面,PM2.5-10中之地壳元素Mg、Ti、K、Fe、Al的浓度分别为平日的2.8、2.4、2.3、2.2及1.2倍,海盐气胶Cl-及Na+浓度亦为平日的2.5及2.0倍,NO3-、SO4=、EC及OC之浓度则为平日的1.6、1.4、1.2及1.2倍,显示经远程传输的沙尘微粒主要带来尘土矿物及海盐气胶外,硝酸盐、硫酸盐及碳微粒浓度,在沙尘事件日期间亦有些微的增加。藉由HYSPRIT模式推估72小时逆推气流,分析不同沙尘远程传输路径对中部地区悬浮微粒物理化学特性之影响,结果发现2月11日12日,沙尘源地为内蒙古西侧,气团经由大陆沿海高污染地区传输至台湾,粗微粒中硫酸盐微粒之质量比例分别为5.4%,明显高於大陆沙尘事件日平均值(3.7%)。3月19日及4月19日的两波沙尘暴,沙尘源地均为内蒙古西侧沙漠及甘肃与新疆交界处经由海洋传输至台湾地区,导致PM2.5-10海盐气胶质量比例分别为7及9%,高於非海洋传输大陆沙尘事件日时的4

大气悬浮颗粒的长途输送及其对台湾空气质量的影响(英文)

2000年春季沙尘暴过境大气微粒的元素组成及Ca/Al比值特徵

2000年春季大陆内蒙古地区发生多次沙尘暴,强度之大及影响范围之广为近年来罕见,本文主要报告3月下旬在台湾中部量测大气悬浮微粒之结果,并针对此案例分析大陆沙尘对本地PM10物化性质的影响,采样时程从3月26日开始至31日,地点选择梧栖、崇伦、彰化、草屯和南投测站,每天分日夜於各测站采集粗粒(2.5μm<d<10μm)及细粒(d<2.5μm)样本,并分析悬浮微粒之微量元素、水溶性阴阳离子、有机碳及元素碳。分析的结果再与1999年12月11日至16日(非沙尘期间)量测结果比较,3月29日白天大陆沙尘影响中部地区最为严重,沙尘暴期间各测站量测的粗粒质量占PM10之比例为70～78%,而非沙尘期间粗粒所占比例仅有41～46%,沙尘暴期间带来大量含矿物元素Ca、Mg、Al、Fe及Mn,其浓度分别为非尘期间4.9、4.7、4.1、2.4及1.9倍,而细粒浓度及来自燃烧或工业排放相关的元素大致与非尘暴期间的浓度相近。此外,沙尘过境期间各测站矿物元素变化一致,表示来自单纯一种污染源,且Ca/Al比值几乎呈定值约在0.6～0.8之间。

2003和2004年春季台北大气悬浮物中的水溶性离子(英文)

在春黎用激光雷达对春季沙尘暴测定(英文)

亚洲沙尘暴影响南台湾地区大气 PAHs分布特性研究

本研究探讨两次亚洲沙尘暴中三种粒径范围微粒(PM2.5、PM2.5-10、PM>10)及微粒中16种PAHs化合物浓度以了解沙尘暴粒子分布特性。研究结果显示,沙尘暴期间南台湾地区大气总悬浮微粒平均质量浓度上升幅度约为非沙尘暴日1.5～2倍,沙尘微粒浓度升高主要集中於PM>10粒子,佐证交通污染物指标(CO、NOx),发现CO与NOx有良好相关性,但PM10与CO或NOx间相关性则较差,显示沙尘暴期间南台湾地区悬浮微粒浓度升高除了受地区污染源影响外,部分粒子可能来自长程传输移入。沙尘暴期间,三种不同粒径范围沙尘微粒主要是以PM>10粒子所含PAHs浓度最高;若采用PAHs分子量(MW)解析MW<228与MW228化合物日、夜浓度比值,MW<228化合物夜间PM2.5浓度比值增加最多,MW228化合物则是日间PM>10粒子增幅较大,前者是沙尘暴期间夜间扩散不良导致PM2.5浓度增大,後者可能是白天有利于PM>10沙尘暴传输所造成;本研究并藉由粒子PAHs浓度光解比值解析,结果显示沙尘PM>10粗大粒子有AgingAerosol特性可能由高空传输移入。PM2.5-10粒子PAHs(MW<228与MW228)比值趋近于1(ADSPAHs浓度近似于Non-ADS)可能是PAHs气/固相平衡影响所致。本研究利用粒子PAHs分布特性(ΣPAHs、MW、photo-reactivity)明显有助于解析南台湾地区沙尘粒子传输特性。

20世纪90年代内蒙古自治区土地利用动态与风力侵蚀动态对比研究

内蒙古是我国风力侵蚀较为严重的地区之一,同时也是我国土地利用方式剧烈变化的地区之一。依据两期土地利用数据以及相应年代的土壤风力侵蚀数据,研究了20世纪90年代内蒙古自治区土地利用和风力侵蚀的静、动态格局。根据土地利用和风力侵蚀的空间分布及动态变化特点,设计了内蒙古土地利用—风力侵蚀动态区划,基于该区划详细讨论了内蒙古不同地区占主导地位的土地利用动态与风力侵蚀动态,由此揭示了两者之间存在的驱动——被驱动关系。研究发现,在过去10年里,内蒙古土地利用和风力侵蚀的基本格局没有太大变化,但风力侵蚀在总体上是增强了,而土地利用的变化主要反映为草地的退化和耕地的扩张。土地利用动态与风力侵蚀动态有着良好的时空对应关系草地的退化与耕地的扩张导致了显著的风力侵蚀增强,而草地的改善以及耕地的收缩对风力侵蚀的影响不是很大,这同时也表明了土地利用动态对风力侵蚀动态正、反向驱动力的不平衡性。

内蒙古自治区的荒漠化土地

本文根据《联合国防治荒漠化公约》的规定,依据《全国荒漠化监测主要技术规定》,区划界定了内蒙古荒漠化潜在发生的范围,并对内蒙古的土地荒漠化状况进行了宏观监测。监测工作中充分利用了“3S”技术,现地调查与遥感解译相结合获取地面信息,利用数理统计的原理计算各类荒漠化土地面积并进行了程度分级。同时在弄清《联合国防治荒漠化公约》限定范围的土地退化的基础上,调查了《联合国防治荒漠化公约》范围外的土地退化情况。结果表明内蒙古自治区土地荒漠化面积为74.39×104km2(约合11.16亿亩),占自治区总面积118.3×104km2的62.88%,为区域生态环境建设和规划提供了依据。

锡林郭勒草原生态恶化与沙尘暴

沙尘暴天气的剧增与生态环境恶化有密不可分关系,气候的变化是锡林郭勒草原严重退化、沙化的重要条件之一,沙尘暴天气特征的变化也反映了生态恶化的程度。

兴安盟沙尘暴天气的特征、危害及防御对策

调查并统计了全盟8个站40年资料,研究分析了兴安盟沙尘暴天气的气候统计特征,讨论了其时空分布特征的气候成因,剖析了风沙灾害机理,提出防御对策。

内蒙古赤峰地区沙尘暴的天气气候特征分析

用12个观测站的1961～2000年40年的沙尘暴、大风日数和降水量等观测资料,分析了内蒙古赤峰地区沙尘暴发生的地理分布、年际和年代际变化特征等。结果表明赤峰地区近40年来沙尘暴呈减少趋势,其特殊的地形特征和多风的气候特点是沙尘暴多发的主要原因。通过沙尘暴天气的个例分析,给出了赤峰地区沙尘暴发生的主要环流型。

乌珠穆沁草原气候变化与沙尘暴趋势分析

用东乌珠穆沁旗1961-2000四十年气象资料,分析了乌珠穆沁草原气候及沙尘暴的变化趋势。发现20世纪90年代乌珠穆沁草原气候变暖增湿,存在着明显的季节差异,但沙尘暴对草原生态危害加重。东乌珠穆沁旗位于锡林郭勒高原东北部、大兴安岭西麓。北部与蒙古人民共和国接壤,东临兴安盟、通辽市,南接西乌旗、锡林浩特市,西与阿巴嘎旗相连,是乌珠穆沁草原的主体部分。全旗土地总面积473万公顷,草原面积占461万公顷。其中沙化面积约307万公顷、沙丘沙地面积5.3万公顷,平均每年被风沙吞没的草原面积约1000公顷。

乌兰布和沙漠风沙流结构的研究

作者观测了固定、流动沙丘风沙流结构,并运用拟合曲线、拟合方程等方法对固定、流动沙丘风沙流结构进行了分析研究。结果表明,两种沙丘输沙率均与风速成正比,与高度成反比;0-40cm高度内输沙量与风速之间遵循指数关系;流动沙丘的沙粒运动主要集中在近地层0-6cm高度范围内;另外,植被阻截沉沙效果特别明显,植被覆盖度在30%时,沉沙效果达到95%以上,且随风速的增大而增加。

宁夏中北部地区沙尘暴天气月际变率的定量研究

沙尘暴是一种强烈的风蚀输沙形式,是造成流沙蔓延和土地沙化最重要、最直接的作用过程之一。借鉴国际国内最新的研究进展,建立适合宁夏中北部地区气候特征的沙尘暴频率定量模拟模型,比较深入地分析宁夏中北部地区气候因素对沙尘暴频率的影响。

北京地区沙尘天气的气候特征分析

本文利用1954-2001年北京地区(20个气象站)逐月沙尘资料,重点对北京地区沙尘天气的空间分布特征、沙尘日数的年代变化规律、沙尘日数的月变化进行分析;分析了近三年北京地区出现沙尘天气特点及成因;同时对近48年的沙尘出现日数变化规律进行了小波分析。

北京春季沙尘天气特征和预报

根据北京地区资料分析了沙尘的年代变化、月变化,春季是沙尘天气的高发期并以浮尘和扬沙为主。造成沙尘天气的冷空气主要有三条路径,它与蒙古气旋、冷锋、高空急流等大尺度天气系统紧密相连。