一种基于K-means聚类算法的沙尘天气客观识别方法

鉴于以往基于污染物浓度时间序列进行分析的沙尘天气识别方法在判断标准上存在一定的主观性,本文提出一种基于K-means聚类算法的沙尘天气客观识别方法。本方法利用环境监测总站的PM2.5和PM10小时浓度资料进行聚类,首先选取最优的分类数目K进行聚类,其次对聚类结果中离散程度较高的类别进行再次聚类,直到无需分类。将本方法应用于西安市2018年2~4月沙尘天气的识别中,结果表明,本方法可有效识别主要沙尘天气。此外,利用本方法可得到沙尘天气典型特征:PM2.5占PM10浓度的比例小于43.5%、PM10浓度高于228μg/m^(3,)符合沙尘天气期间PM10浓度较高且以粗颗粒物为主的物理特征。总体上看,本方法物理基础清晰,可操行性强,适用于大规模数据处理,具有较好的实用价值和应用前景。

沙尘天气对柏树花粉变应性鼻炎患者症状用药情况的影响

目的探讨沙尘天气对柏树花粉变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR)患者症状严重程度及用药情况的影响。方法招募柏树花粉AR患者81例,记录2019~2023年患者于柏树花粉授粉期间每日鼻结膜炎症状评分及药物评分,在国家环境监测站数据库、中央气象台官方网站及中国气象局气象数据中心网络数据库获取北京市受沙尘天气影响的日期及每日气象数据,应用多元线性回归分析研究沙尘天气对于AR日均症状评分和日均症状药物综合评分的影响。结果在控制柏树花粉浓度与气象因素影响的前提下,AR患者日均症状评分及日均症状药物综合评分均与是否“沙尘日”呈正相关。多元线性回归分析结果显示,日均症状评分:r=0.39,95%CI:0.057~0.724,P=0.022;日均症状药物综合评分:r=1.199,95%CI:0.420~1.977,P=0.003。另外,AR患者日均症状评分和日均症状药物综合评分与柏树花粉浓度也呈正相关,“log_(10)花粉数”每升高1,则日均症状评分升高0.338分,日均症状药物综合评分升高0.602分。结论沙尘天气作为一个独立危险因素对柏树花粉AR患者症状及用药情况产生影响。

中国西北城市沙尘天气变化特征——以兰州为例

近年来,众多学者对我国西北地区沙尘暴的研究主要集中于大尺度、区域性,对城市沙尘暴研究较少。为了解城市沙尘暴的变化特征,本文以兰州为例,分析城市沙尘天气变化特征。结果表明:(1)兰州2009—2023年浮尘、扬沙、沙尘暴日数在时间序列水平上呈多段波动变化趋势,沙尘天气总日数在时间序列水平上整体呈0.66 d·a^(-1)微弱递减趋势。(2)兰州沙尘天气集中发生在春季,在3月断崖式上升后逐月递减,主要以浮尘为主,其次为扬沙、沙尘暴。(3) 2009—2023年兰州年均沙尘天气发生频次与风速呈正相关,是影响沙尘天气的主要气象因子,与相对湿度呈微弱负相关,与其余气象因素无明显相关关系。(4)浮尘日数存在2~3 a、4~7 a、8~23 a 3种时间周期尺度,呈多段不显著波动趋势,其中,8~23 a对应两个峰值,振幅最强,是浮尘波动的主周期。

基于WRF-NAQPMS的一次沙尘天气预报评估

为提高沙尘天气的预报准确率,利用ECWMF再分析资料和近地面PM_(10)小时质量浓度监测数据,评估WRFNAQPMS模式对2021年3月15—21日甘肃强沙尘过程的预报能力。结果表明,WRF-NAQPMS能够在一定程度上模拟此次污染过程:WRF对“3·15”天气系统的模拟与实况整体趋势较为一致,随着预报时效延长,气象模拟场移动偏快,导致沙尘预报场发展偏快、沙尘二次传输影响下游时间提前;近地面风向的局地偏差是导致甘肃中东部地区沙尘浓度出现预报误差的主要气象因素。NAQPMS模式对PM_(10)小时质量浓度的模拟随着预报时效增加和离沙源地距离的增大,预报误差逐步增大:在河西地区,沙尘影响时段和起沙浓度的模拟值均接近监测值,其中嘉峪关、酒泉、张掖的PM_(10)小时质量浓度模拟值与监测值相关系数r>0.8;中部地区城市的沙尘影响时段预报略有偏差,且模拟值低于监测值;受复杂下垫面和气象场预报误差影响,省内其他地区沙尘预报结果参考性较低。

沙尘天气对屋顶光伏组件性能影响分析

在我国西北部尘沙影响区域,冬春季沙尘天气对于光伏组件的发电性能影响较大。本文以西安地区屋顶光伏组件并网发电系统为例,通过分析组件在沙尘天气前后、雨雪天气前后的发电性能,结合组件表面积灰情况,分析冬春季沙尘天气对于光伏组件的发电性能影响。试验结果表明:冬春季沙尘天气后组件的发电性能明显下降;在维护困难,无法及时清洗的情况下,BIPV系统积灰量少,在发电性能上更具有优势。

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

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,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 h为主,说明以局地起沙为主;3 h持续时间次之,说明各站点之间相互传输;6 h持续时间最少,说明沙尘不能长时间输送。雅鲁藏布江中游沙尘天气既有局地供应,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。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。

我国北方地区沙尘天气特征及源区示踪

沙尘天气会对全球气候、生态环境与人类健康造成严重影响与危害。我国沙尘主要发生于北方,尤其是内蒙古、宁夏、陕西、河北、北京、天津、辽宁、吉林、河南等地,给交通运输、环境治理、人们日常生活和工作带来了不利影响。沙尘源区的确定,一方面有助于更深刻地认识沙尘形成、迁移、沉降的行为机制,另一方面可以为沙尘天气的预防与治理提供可靠的理论依据,因此近年来逐渐成为研究热点。本文综述了目前国内外关于沙尘源区的示踪方法,包括传统地面监测法、卫星遥感监测法、元素地球化学方法与同位素示踪法,总结了各种方法的优势与存在的不足,并对未来对沙尘源区的研究进行了展望。

宝鸡市及县区近三年沙尘天气污染特征及影响分析

目的通过研究宝鸡市及县区近三年(2021-2023年)沙尘天气污染特征及其影响因素,探讨沙尘期间大气中PM_(10)的质量浓度变化及沙尘对其影响。方法以近三年出现的典型沙尘天气为例,依据宝鸡市区及各县区空气质量自动监测站点实时PM_(10)质量浓度、同期气象要素及雷达监测等实时数据,从空间分布、环流方式和变化规律等方面进行研究,并结合典型案例分析其成因及影响。结果宝鸡受内蒙古、新疆等地西北路沙尘影响最大;在东风加持下因特殊地形构成狭管效应,使沙尘回流、滞留时间加长,导致宝鸡地区多次出现扬沙浮尘天气,近年来呈现先减少后增加的沙尘天气趋势。结论根据宝鸡市地形地貌、气候及沙尘来源特点,提出了有效预防沙尘天气或者降低沙尘影响的科学建议,为改善宝鸡市空气质量提供科学依据。

基于颗粒物浓度的沙尘天气分级标准研究

沙尘天气在近年对我国城市空气质量造成明显影响。目前我国沙尘天气分级仍然按照气象标准 ,主要是以水平能见度进行分级。文章参考国外的有关标准 ,通过统计近年来我国沙尘天气过程中的颗粒物浓度 ,结合我国沙尘天气的发生情况和特点 。

2014—2022年新疆库尔勒市空气质量特征及沙尘天气影响分析

基于2014—2022年库尔勒市空气质量监测数据,分析库尔勒市空气质量水平和污染特征及沙尘天气对空气质量的影响。结果表明:2014—2022年库尔勒市空气质量年均优良率为65.3%,春季空气污染最严重,夏季空气质量最好;大气污染主要是颗粒物超标,PM_(10)年均浓度值超过二级标准限值127%,PM_(2.5)超31%,SO2、NO2、CO、O3均达标;首要污染物为PM_(10),占总超标天数的92.2%,PM_(2.5)为首要污染物占比8.0%;受沙尘影响天气年平均100.4 d,污染日79.7%受沙尘影响;按环境监测要求剔除沙尘天气,PM_(10)和PM_(2.5)平均浓度分别减少18.6%和13.0%;沙尘天气对空气质量指数平均贡献率为31.8%,对PM_(10)贡献率为41.9%,对PM_(2.5)贡献率为23.3%。沙尘天气对库尔勒空气质量影响明显,大气污染防治根本是沙尘天气综合治理。

我国沙尘天气特征及溯源分析

文中基于长时间序列的气象观测数据和最新研究结论,分析了我国沙尘天气的时空分布及传输特征,并结合近年来典型沙尘天气过程介绍沙尘溯源方法。结果表明:我国沙尘天气发生频率由西北向东南方向减少,空间分布基本与沙化土地及荒漠化土地分布一致。2000年以来,沙尘天气过程次数呈现显著减少的趋势。我国的沙尘天气传输路径主要包括偏西路径、西北路径、偏北路径、新疆南疆盆地型和东北局地型,其中西北路径型所占比例最高。多种沙尘溯源分析结果显示,蒙古国是我国北方沙尘的重要源区之一;此外,蒙古国和我国北方地区的沙源地地表和起沙状况的定量监测能力不足,沙尘来源解析评估技术能力仍有待提高,针对沙尘路径区的治理措施研究有待深化。针对现存问题提出3点建议:1)加强国际合作,提升沙尘源区和传输路径的实况监测能力;2)提升部门间科研合作力度,开展沙尘溯源分析技术联合攻关;3)优先启动沙尘路径区治理项目,根据沙尘路径区自然条件,有针对性地开展多样化的沙尘路径区沙化土地治理。

兰州市沙尘和非沙尘天气降尘的粒度特征比较

选择兰州市典型沙尘天气和非沙尘天气收集两类降尘,并对其进行粒度测定。结果表明:两种类型降尘粒度特征差别明显。总体上看沙尘天气和非沙尘天气降尘都以粉砂为主,但沙尘天气降尘粒度比非沙尘天气降尘偏粗,分选更差。非沙尘天气降尘粒度频率曲线呈双峰态分布。而沙尘天气降尘则呈单峰正偏态分布特征,说明沙尘天气沉降物来源比较单一。沙尘天气和非沙尘天气降尘的粒度分布曲线与兰州黄土的十分相似,说明现代降尘是地质时代风尘活动的继续,现代风积作用仍在进行。而它们粒度参数之间的差异可能与降尘堆积物的粘土化过程有关。

兰州市沙尘和非沙尘天气沉降物的化学特性比较

选择兰州市典型沙尘和非沙尘天气收集两类降尘,并对其元素组成进行测定。结果表明:兰州非沙尘和沙尘天气沉降物中含量较高的主要元素分别为Si、Ca、Al、Fe和Si、K、Ca、Al,含量最低的主要元素均是Ti;含量较高的微量元素是Mn、Ba、Zn、Sr和Mn、Ba、Sr、Zr,含量较低的微量元素均是Nb、Co、Y、As;兰州非沙尘和沙尘天气沉降物中主要元素及微量元素含量的排序差异较小,但是两种样品同种元素的丰度值存在较大变异,说明两种沉降物的来源有一定的差异。兰州非沙尘天气沉降物中Si、Fe、Mg、K、Na、Ti、V、Mn、Co、Ni、Rb、Sr、Y、Zr、Nb等元素主要来自于地壳源,Ca、Cr、Cu、Ba、Pb、Zn、As等元素与本地的人类污染活动有关,其中Pb、Zn、As是兰州重要的污染元素。沙尘天气沉降物中多数元素来自于外地入侵的沙尘,部分元素如Pb、Zn、As、Cu、Cr、K、Ni可能源于沙尘天气长距离传输途中矿物气溶胶与沿途污染源排放的污染物的混合。

什么是沙尘天气?

沙尘天气是沙粒、尘土悬浮空中,使空气混浊、能见度降低的天气现象。根据《沙尘天气等级》(GB/T 20480—2017)规定,沙尘天气包括浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴。浮尘无风或风力≤3级,沙粒和尘土飘浮在空中使空气变得混浊,水平能见度小于10千米。扬沙风将地面沙粒和尘土吹起使空气相当混浊,水平能见度在1千米—10千米以内。

2023年春季锡林郭勒盟沙尘天气特征及其气候背景

2023年春季,锡林郭勒盟出现了11次沙尘天气过程,较2000—2022年同期偏多,沙尘暴主要发生在3月和4月,5月以扬沙为主。文章通过对2022—2023年冬季和2023年春季环流形势和气候条件进行分析发现:①2023年1月和2月锡林郭勒盟气温偏高,降雪少,积雪融化较早,利于冬季土壤解冻,加之蒙古国地区为偏西风正距平,有利于将蒙古国沙源地的沙粒向我国内蒙古锡林郭勒盟输送。②2023年3月和4月冷空气活动频繁,蒙古气旋活跃,利于沙尘天气发生。3月气温快速回暖,导致土壤解冻较早,降水偏少,土壤状况偏差,4月中旬气温高降水少,土壤状况转差,是3月和4月沙尘多发的原因。③前期的气温高、降水少、土壤状况偏差为沙尘天气提供沙源,有利的环流形势利于沙尘输送。

一次沙尘天气过程下新乡市污染特征探析

2021年1月中旬新乡市经历了一次沙尘天气影响下的重污染过程,为探究此次沙尘天气过程的影响特征及其污染来源变化情况,分析了常规气象观测数据、空气自动监测数据、大气颗粒物组分观测数据等,并利用后向轨迹模型及单颗粒气溶胶质谱仪对颗粒物的来源进行研究。结果表明:1月11~17日受沙尘天气影响,新乡市PM10浓度显著升高,峰值为599μg/m3,污染时长达141h;后向轨迹模型呈现出西北向东南、由高空向低空的传输特征;水溶性离子 Ca2+、Na+、Mg2+,矿物元素Fe、Al、K 和地壳元素Ca浓度均有所升高;扬尘源是PM2.5的首要贡献源类,占比为23.2%。

2023年4月长春市沙尘天气污染输送特征及潜在源区分析

基于HYSPLIT后向轨迹模型和GDAS全球同化系统资料,结合PM_(2.5)和PM_(10)逐日、逐时质量浓度数据,对2023年4月长春市72 h气团后向轨迹进行聚类分析,运用潜在源区贡献分析(PSCF)和浓度权重轨迹分析(CWT),研究了大气颗粒物来源的输送路径及潜在的污染源区。结果表明:受沙尘天气影响,4月长春市重污染天气频发,主要有3条气团输送路径,分别为源自俄罗斯中南部的西北路径、源自黑龙江省北部的偏北路径和来自渤海的西南路径。与西北路径对应的PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度均值最高,为主要输送路径,这与沙尘远距离传输有关。PM_(2.5)和PM_(10)的WPSCF与WCWT分布特征类似,西北路径上潜在源区及贡献程度最大,其覆盖范围部分区域是我国沙尘暴的主要沙源地。影响长春市颗粒物浓度的主要贡献源区分布在俄罗斯中南部与蒙古国交界处、蒙古国与内蒙古东北部、吉林省中部与黑龙江省西南部交界处。

2015年中国北方沙尘天气过程模拟效果评估

为更好地评估数值模式对中国春季沙尘天气的模拟效果,使用WRF-Chem模式模拟2015年春季发生在中国北方的7次沙尘天气过程,结合气象站地面资料与国家空气质量监测网络全国站点资料,使用3种统计参数(相关系数、平均偏差、均方根误差)对模拟结果进行系统性评估。结论表明,中国北方各区域地面气象要素模拟效果较好,但风速模拟值普遍偏高,导致戈壁沙漠地区的PM_(10)质量浓度模拟值普遍高于观测值。因模式模拟沙尘远距离传输过程的能力较差,华北与东北地区模拟的PM_(10)质量浓度值偏低。分析模拟时段典型城市,PM_(10)质量浓度模拟值与观测值的相关系数均在0.55以上,除包头市,戈壁沙漠地区城市偏差在100~200μg/m^(3),均方根误差在170~270μg/m^(3),北京市偏差为-25.35μg/m^(3),均方根误差为80.84μg/m^(3)。

沙尘天气与呼吸道传染病的相关性调查研究

目的:探讨内蒙古通辽市科尔沁区沙尘天气对呼吸道传染病的影响。方法:选择内蒙古通辽市科尔沁区作为研究地点,通过通辽市气象部门获得该地区2011-2014年气象资料,通过通辽市传染病医院及两所大、中型医院呼吸科获得同期该市呼吸道传染病发病资料。对气象因素与呼吸道传染病发病率的关系进行分析。结果:沙尘天气过后,呼吸道传染病门诊量明显升高,流行性感冒、麻疹、流行性腮腺炎、肺结核等的发病率与沙尘天气的发生呈正相关性。结论:沙尘天气高发地区对呼吸道传染病具有较高的拟合和预测能力,对进一步认识、预防和控制传染病的爆发流行具有重要意义。

关于我国华北沙尘天气的成因与治理对策

20 0 0年春季 ,我国华北沙尘天气次数陡增 ,影响广泛 ,损失明显增加。利用长期气象观测数据 ,结合遥感和 GIS技术 ,对今年华北沙尘天气的成因进行分析 ,提出造成沙尘天气的原因在于 :1北方地区大风日数的增减是气候周期性变化的反映 ,今年强沙尘天气陡增是因为处于反厄尔尼诺事件的高峰期所致 ;2我国北方地表覆被状况局部改善、整体恶化也是今年强沙尘天气产生的另一重要原因。影响华北地区的沙尘天气主要发源于内蒙古中西部和河北西北部 ,发源地及沿途地表粉尘是沙尘的主体 ,城市扩展区域的地表裸土与建筑沙石则提供了就地扬沙的物质来源。对今后一个时期内沙尘天气的发展趋势进行分析 ,认为 :在全球增暖和我国北方地表植被状况没有根本好转的情况下 ,今后如再逢反厄尔尼诺事件等引起的强冬季风年 ,甚至可能出现更严重的沙尘天气。为此提出建议 :做好科学的还林还草工作 ,大范围地恢复自然植被 ,为京津地区建立减轻和防止沙尘灾害的有效生态屏障。同时治理城市周边地区 ,抑制就地起沙 ;西部开发应重视生态环境建设 ,把生态效益、经济效益、社会效益结合起来考虑 ;建立和完善沙尘天气的动态监测和预警系统 ,做好防灾减灾的科学研究工作。