基于无人机观测的塔克拉玛干沙漠反应性气体特征及来源分析

为研究沙漠地区大气环境和反应性气体变化机理,利用无人机观测平台于春季(2022年5月8—30日)和夏季(2021年7月19—31日)对塔克拉玛干沙漠中心(塔中站)和南缘(民丰站)的反应性气体体积分数、气温、相对湿度和风速进行垂直观测,对比沙漠腹地和边缘的反应性气体垂直变化,结合HYSPLIT模式究其来源.结果表明:①民丰站CO体积分数整体略高于塔中站,春季CO体积分数明显高于夏季,并且可能存在较强的SO_(2)和NO_(2)污染现象.CO平均体积分数呈民丰站春季(524.68×10^(−9))>民丰站夏季(468.95×10^(−9))>塔中站春季(313.42×10^(−9))>塔中站夏季(133.64×10^(−9))的特征;SO_(2)体积分数夏季高于春季,呈民丰站夏季(105.22×10^(−9))>民丰站春季(69.21×10^(−9))>塔中站夏季(65.38×10^(−9))>塔中站春季(49.98×10^(−9))的特征;塔中站NO_(2)体积分数整体高于民丰站,呈塔中站春季(158.95×10^(−9))>塔中站夏季(155.10×10^(−9))>民丰站春季(131.58×10^(−9))>民丰站夏季(127.23×10^(−9))的特征,并与O_(3)体积分数显著相关;夏季O_(3)体积分数明显高于春季,呈塔中站夏季(51.22×10^(−9))>民丰站夏季(24.23×10^(−9))>塔中站春季(11.90×10^(−9))>民丰站春季(11.67×10^(−9))的特征.②塔中站和民丰站两地反应性气体垂直廓线变化特征显著,CO体积分数随着高度的升高而增加,且受风速变化影响;SO_(2)体积分数多呈波动性变化特征;NO_(2)体积分数白天高于夜间,垂直方向上的变化存在波动,近地面NO_(2)出现累积;O_(3)体积分数垂直廓线呈明显的昼夜特征.③春季塔中站反应性气体大部分可能由“东灌”气流远距离输送而来;夏季塔中站反应性气体体积分数主要受盆地北缘绿洲带人为活动影响.春季民丰站的反应性气体多来自盆地边缘的人为活动集中区,反应性气体体积分数较大,夏季气流均起源于沙漠内部,因此这可能是导致春夏季反应性气体体积分数差异的原因.研究显示,春季、夏季塔中站和民丰站的反应性气体体积分数水平存在明显差异,人为活动较为集中的区域贡献了较高的反应性气体体积分数.

阿克达拉大气本底站甲烷浓度特征及影响因素

利用2009~2019年阿克达拉国家大气本底站CH_(4)浓度数据、气象要素数据,使用随机森林模型、后向轨迹模型聚类分析方法对其CH_(4)浓度变化特征和影响因素进行分析.结果表明,10a间阿克达拉站CH_(4)浓度增长明显,年平均浓度为(1934.30±30.94)×10^(−9),平均增长率0.45%;季节变化呈现秋冬高、春夏低的特征,冬季(1973.77±36.72)×10^(−9)>秋季(1935.86±36.14)×10^(−9)>春季(1922.36±26.38)×10^(−9)>夏季(1920.92±29.82)×10^(−9).阿克达拉站CH_(4)浓度受到气象因素综合影响,气温和相对湿度占主导作用.基于HYSPLIT模式和全球资料同化系统气象数据(GDAS)后向轨迹聚类分析发现,阿克达拉站气团移动的主要通道是与额尔齐斯河河谷平行,途径阿拉山口和老风口的西北路径,且秋冬季节气团移动速度慢、春夏快,可能影响了CH_(4)浓度季节变化.

阿克达拉大气本底站黑碳浓度特征和潜在源

利用阿克达拉大气本底站2011~2017年黑碳气溶胶(BC)逐小时质量浓度资料和同期气象数据,采用后向轨迹聚类分析、潜在来源贡献函数法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT),研究了阿克达拉站BC不同时间尺度浓度特征和潜在源区.结果表明:阿克达拉站2011~2017年BC呈波动下降趋势,BC清洁程度较高;BC浓度呈春冬高,夏秋低的季节变化特征,春季(398.85±189.35)ng/m^(3)>冬季(389.89±105.94)ng/m^(3)>夏季(272.07±90.07)ng/m^(3)>秋季(269.52±68.07)ng/m^(3),自然因素为BC浓度变化的主要原因;日变化特征表现为白天低、夜间高,基本呈单峰分布;阿克达拉站BC潜在源随季节变化差异明显,后向轨迹,WPSCF和WCWT分析都表明,春季潜在源集中于俄罗斯南部与新疆交界处的阿尔泰山北麓,秋季潜在源为新疆北疆经济带,冬季BC多受境外排放源影响.BC污染控制需要区域环境合作,实现联防联治,尤其是加强跨境污染源监测工作.

南疆地区AOD时空分布特征及气象影响因素分析

为探究南疆地区大气气溶胶光学厚度的时空分布特征及气象因素对其的影响,采用MODIS MCD19A2数据集2010—2019年的气溶胶数据,分析南疆地区近10 a来AOD时空分布特征及气象因素对AOD的影响.结果表明:①空间分布上,AOD高值区分布在海拔较低的盆地地区,呈现中间高四周低的分布特征.空间分布季节性差异明显,春季高值区域面积最大,夏季高值区则集中在巴州中部(若羌县)与和田地区东南部(民丰县),秋冬季AOD分布特征无明显变化但值相对春夏季较低.②变化趋势上,10 a间南疆地区AOD年均值为0.278±0.035,总增幅为-14.85%,呈波动下降趋势.南疆地区季节变化趋势明显,AOD值呈现春季>夏季>秋季>冬季,春夏季AOD浮动变化明显,秋冬季相对平缓.月变化特征呈现为双峰型,两个峰值分别出现在4月和9月.③RF模型预测风速、温度、相对湿度、水气压、最小水平能见度对南疆地区AOD都具有一定影响,其中,风速和相对湿度对AOD的影响程度最大.能见度与AOD呈负相关,说明南疆地区气溶胶粒子多分布在低层大气.

库尔勒市大气颗粒物浓度特征及来源

在塔里木盆地东北部库尔勒市大气颗粒物逐时数据(2015年1月至2020年12月)污染特征分析的基础上,利用HYSPLIT模型、聚类分析、潜在源贡献因子分析(PSCF)、浓度权重轨迹分析(CWT)分析不同季节库尔勒市颗粒物传输路径与潜在源区,揭示研究期间库尔勒市不同季节大气颗粒物的潜在源分布及其贡献水平。结果表明:2015—2020年库尔勒市PM_(2.5)、PM_(10)年均值分别为47.7±20.0、162.2±102.4μg·m^(-3),超过国家年均值二级浓度限值132%、36.3%,PM_(10)为主要污染物;颗粒物季节变化呈现冬春高、夏秋低的变化特征;PM_(2.5)/PM_(10)值春季最低(0.29),冬季最高(0.47),PM_(2.5)/PM_(10)值整体呈下降趋势;气流输送路径主要来自西风短气流,其次为吐鲁番盆地的东灌气流;塔里木盆地全年四季都是库尔勒市颗粒物的主要贡献源区,颗粒物浓度贡献水平春冬季较高,夏秋季较低。

基于无人机垂直观测塔克拉玛干沙漠一次沙尘污染过程研究

利用多旋翼无人机于2021年7月30—31日对塔克拉玛干沙漠的塔中(飞行高度0~2000 m)、民丰地区(飞行高度0~1000 m)不同粒径颗粒物浓度、气温、相对湿度和风速进行垂直观测,结合多地面站点、再分析资料、后向轨迹模型和卫星遥感数据,对沙尘污染过程中的影响因素、颗粒物垂直分布特征及污染成因进行了分析.结果表明:(1)近地面低气温、高相对湿度、高风速的气象条件有利于沙尘污染事件的发生,通过无人机探测数据发现高相对湿度有利于颗粒物吸湿增长,气温和风速的上升能够加强大气对流运动,有利于污染物的输送.(2)在沙尘污染期间,塔中地区PM_(1)、PM_(2.5)和PM_(10)的浓度分别为0.8~45.7、1.0~267.0和1.0~588.7μg·m^(-3);民丰地区PM_(1)、PM_(2.5)和PM_(10)的浓度分别为21.5~126.9、39.6~263.6和48.5~520.6μg·m^(-3).(3)在沙尘污染期间,塔克拉玛干沙漠腹地颗粒物组成以粗颗粒物为主,南缘则以细颗粒物为主.民丰地区PM_(1)/PM_(2.5)比值(0.48~0.55)和PM_(2.5)/PM_(10)比值(0.55~0.83)在同时刻均高于塔中地区(PM_(1)/PM_(2.5)为0.18~0.33,PM_(2.5)/PM_(10)为0.33~0.51).(4)天气形势和后向轨迹表明,此次污染主要由西风环流导致,气团分别从北面翻越天山和东面绕道进入塔克拉玛干沙漠,携带了塔克拉玛干沙漠东部地区沙尘颗粒和新疆北部人为污染物.(5)CALIPSO卫星数据表明,此次污染中气溶胶存在于海拔1~8 km之间,主要集中在低层(消光系数在海拔1.0~2.2 km左右最大).气溶胶类型为沙尘气溶胶、污染沙尘气溶胶和烟雾气溶胶,其中,沙尘气溶胶占主要部分.