基于激光雷达观测的呼伦贝尔一次沙尘过程分析

基于测风激光雷达和地面常规观测资料,借助机器学习算法以及HYSPLIT(Hybrid Single-Particle LagrangianIntegrated Trajectory)模型分析了发生在呼伦贝尔的一次典型的沙尘天气过程。研究表明,本次沙尘起始时南风突增,风向转西南偏南风后风速降低,传输减弱,当风向转西风时,沙尘传输增强,在西风降低后沙尘传输结束。沙尘传输期间,湍流运动偏弱,混合层高度抬升受限。借助机器学习分粒径计算发现,沙尘前期传输以粗颗粒为主,后期粗、细颗粒物均有明显增长。不同传输时期粒径的不同,暗示沙尘的源可能发生变化,后向轨迹揭示沙尘传输前期来自蒙古国西北部,经过我国锡林郭勒后北上到达呼伦贝尔;而后期沙尘是从俄罗斯南部直接进入呼伦贝尔。最后研究发现,沙尘前至起始时刻,总传输通量对沙尘的响应早于地面颗粒物浓度变化,且沙尘期间总传输通量值显著高于沙尘前和沙尘后。因此,总传输通量变化以及阈值设定可为沙尘预警的新参考指标。

干旱区一次春季沙尘过程的大气气溶胶垂直分布结构及其特征

采用微脉冲激光雷达(Micro-Pulse Lidar,MPL)对干旱荒漠代表站张掖站上空一次春季沙尘暴过程的边界层和自由大气的气溶胶分布和大气环境进行了观测。结果表明,气溶胶的垂直廓线可分为高、中、低3层,高层气溶胶出现在5～9km,主要是通过上风方向的高海拔区域或低层气溶胶通过对流等过程突破边界层顶进入自由大气输送而来,其分布高度在一天中随着时间的推移逐渐降低;中层气溶胶位于2.5～4.5km,其消光特性随高度的增加没有明显的变化,具有垂直混合现象;低层气溶胶在2.5km以下,其消光特性随着高度增加反而降低;中、低层气溶胶主要来源于外部源区或当地沙尘源区和沙壤土起沙。气溶胶垂直分布表现出3种形式:在大气稳定条件下,气溶胶随高度增加呈单峰型减小趋势;不稳定条件下随高度增加指数型降低;混合层中随高度增加而保持稳定。由于受边界层日变化的影响,气溶胶分布的上界出现单峰型日变化特征,具体表现为下午较高,早晨较低。

沙尘源区LST/Albedo时序变化与TSP的对比分析——以2001年春季中国北方强沙尘过程为例

20 0 1年春季 ,中国北方多次受到沙尘天气的影响 ,给人们的生产、生活带来严重的威胁 ,引起了亚洲国家的广泛重视。利用卫星监测数据采集沙尘云图变化、运移路径、地表覆盖和沙尘过程中的地面反照率、温度、湿度、粗糙度等物理参数反演实验结果 ,可以弥补地面观测站点稀少、数据不连续的缺陷。本文以 2 0 0 1年 3月到 5月的几次沙尘天气为例 ,介绍基于地表覆盖的AVHRR的LST/Albedo反演结果与TSP (沙尘干量 )对比分析 ,发现它们具有较好的相关性。从而反映了沙尘暴发生前后地表能量的变化状况 ,能为预测预警沙尘天气的危害提供及时客观的空间信息。

内蒙古自治区一次沙尘过程的激光雷达分析

为了探究沙尘污染过程中高时空分辨率的结构特征,利用相干多普勒测风激光雷达、地面观测站、中分辨率成像光谱仪,结合卫星气溶胶光学厚度数据产品、欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ERA5)以及混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)后向轨迹模式,分析了2019-10-27~2019-10-28内蒙古自治区锡林郭勒盟一次典型的沙尘天气过程。结果表明,此次沙尘是受高空冷涡、蒙古气旋的共同影响,配合冷锋在高温时段过境沙源地,热力叠加动力条件有利于沙尘随西风扩散;沙尘来临前后,地表气温变化明显;卫星产品、HYSPLIT模式结合雷达风廓线可以更准确地确定沙尘来源,激光雷达反演的气溶胶消光系数可反映边界层大气中气溶胶的变化情况;2019-10-28T02:00地面PM10的质量浓度达到最大值268μg/m^(3),消光系数超过30km^(-1),达到最大值,雷达反演数据在时间上会有延迟;城市下垫面使得沙尘污染快速减弱,雷达所在的草地下垫面容易受垂直风切变影响产生持续性污染。该研究对应用相干多普勒测风激光雷达、认识沙尘的污染过程以及传输特性很有帮助。

中国西北地区一次典型沙尘过程分析

基于卫星遥感资料、再分析数据、数值模式和中国环境监测数据,分析了2018年4月1~4日中国西北地区一次典型的沙尘爆发、输送过程,并探讨了该次沙尘事件对空气质量的影响。结果表明,该次沙尘事件主要是由冷锋和大风引起的,分为两个阶段:4月1~3日,翻越天山和绕流而至的冷空气与该地暖空气交汇形成冷锋,引起塔克拉玛干沙漠起沙,这些沙尘随西风向东输送,使得哈密、嘉峪关、张掖、武威和兰州等城市PM10、PM2.5质量浓度自西向东依次升高,空气污染加重;4月4日,西北风在地形的作用下风力加大,强风掠过植被稀疏地表产生较强的起沙,西北地区多个城市的PM10、PM2.5质量浓度几乎同时剧增,引发了严重的空气污染。其中,PM10是该次沙尘过程中的主要的大气污染物,是导致空气质量下降的主要原因。

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)。

青岛冬季霾-沙尘重污染过程PM1理化特征及来源分析

对2018年11月21日~12月2日期间青岛市大气PM1的质量浓度、化学组分和数浓度进行连续观测,结合国控站点监测数据和气象条件,分析青岛市秋末冬初一次典型霾-沙尘重污染过程的特征及污染物来源.结果表明:本次污染过程可分为霾前(11月21~23日)、霾期(11月24~25日)、霾-沙尘叠加期(11月26日)、沙尘期(11月27~29日)、沙尘后(11月30日~12月2日)5个发展阶段,观测期间PM1质量浓度为(40±20)μg/m^3,霾期PM1为沙尘期的2.03倍.冷锋锋前以人为污染物气团为主,锋后以冷干沙尘气团为主,并在长距离传输中保持干燥,受沙尘传输过程中经过区域的影响较小,导致沙尘阶段PM2.5和PM10错峰12h出现.霾期PM1中SO42-、NO3-质量浓度比霾前分别升高73%、111%,SOR、NOR分别升高28%、67%,表明霾期NO3-的二次转化明显升高.PM1中NH4+主要以(NH4)2SO4和NH4NO3形式存在,为富氨条件.本次沙尘事件气团传输过程中途经山西、河北、山东西北部等污染物高强度排放区域,前锋到达青岛时,携带的人为污染物占主导,导致沙尘期PM1中OC、EC占比为霾期的1.73、1.53倍.霾期SOC/OC值为0.43,略低于沙尘期,表明霾期SOC生成受到抑制.

200hPa高空急流与宁夏春季沙尘暴过程的特征分析

利用NCAR/NCEP全球再分析资料,首先分析了1955年到2003年宁夏春季沙尘暴过程与200 hPa急流的关系,发现2月、3月200 hPa的U、V风场与宁夏春季沙尘暴关系密切。然后对1970—1999年66次宁夏强和特强沙尘暴过程发生前200 hPa急流的演变情况进行了分析,结果表明:宁夏强和特强沙尘暴过程发生前后,高空急流主要表现为3种类型:一是西风急流型;二是副热带急流型;三是西风急流与副热带急流振荡合并型。最后以2001年4月8日宁夏特强沙尘暴天气过程为例,对其发生前后高空急流演变与沙尘暴落区、垂直环流特征及其对沙尘暴的作用进行了分析和探讨,得到了一些新的启示。

甘肃省沙尘暴过程的划分及统计分析

选取甘肃省18个代表站1955—2000年共46年的沙尘暴实测资料,确定了甘肃省区域性沙尘暴过程强度标准和单站沙尘暴过程强度标准,用此标准对甘肃省80个气象站自1955年以来的特强、强和一般沙尘暴过程进行了划分,并对其空间分布特征和时间变化特征进行了分析研究。

一次沙尘暴天气及沙尘输送过程的数值模拟

运用ＭＭ４中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式，模拟分析了１９９２年４月２２日发生的一次沙尘暴天气及沙尘输送过程。得出蒙古气旋冷锋后的大风是沙尘扬起的主要动力，锋区强烈的上升气流将沙尘输送到高层，沙尘的水平输送主要随冷锋一起向下游扩散。蒙古气旋的生成与发展主要取决于南下冷空气的强度、中纬度锋区条件以及温压场所形成的斜压不稳定条件。

喀什地区沙尘天气过程分析

利用喀什地区11个气象观测站1961～2003年地面观测气表-1资料,统计分析了局地性沙尘天气过程和区域性沙尘天气过程。普查33年历史天气图,对强区域性沙尘天气过程进行了500hPa环流形势分型。沙尘成因分析表明:南疆西部沙尘天气大多与冷空气活动有关,最后给出其预报着眼点。

一次强沙尘暴过程中尺度平均动能变率诊断

利用MM5中尺度气象模式嵌套数值模拟的输出结果, 计算并分析了一次强沙尘暴天气过程的中尺度动能收支, 揭示了沙尘暴过程中的起沙、扬沙和输送的能量来源以及随高度的分布和演变过程。结果表明: (1)沙尘暴天气期间中尺度能量过程活跃; (2)沙尘暴过程因消耗局地动能而启动和发展, 能量来源在于高空的动能转化; (3)沙尘暴天气过程中, 非地转运动造成的气流穿越等压线运动是沙尘暴能量平衡过程中次重要的能汇项; (4)水平通量散度项为沙尘暴天气过程中主要的中尺度能汇; (5)垂直通量散度项为沙尘暴天气过程中的能源项。随着系统的演变, 能源中心从高层向中层转移, 直至后期的高层出现能汇; (6)摩擦消耗和次网格尺度效应以及计算误差R在沙尘暴天气过程中总体表现为能源项。

延伸期干旱、沙尘暴过程低频方法预报系统简介

对延伸期干旱、沙尘暴过程低频预报系统的整体框架、子模块构成和功能、预报方法、操作步骤及应用情况进行详细介绍。该系统主要有干旱、沙尘暴过程低频方法预报2个子系统,各子系统包括低频天气图、关键区低频曲线2种预报方法。目前中国气象局兰州干旱气象研究所已使用该系统对西北地区东部的干旱过程和沙尘暴过程进行预报,就沙尘暴预报效果来说,2012年预报准确率达到75%,2011年和2013年的预报准确率均达到67%,预报时效达到8-31 d。而对干旱过程的预报效果,2012年预报准确率达80%,2011、2013年分别达75%、67%,预报时效达6-30 d。

石嘴山市一次沙尘天气过程的大气颗粒物组分特征分析

利用石嘴山市环境空气颗粒物组分站监测数据,分析了2021年3月14—20日沙尘天气过程。结果表明,石嘴山市颗粒物(PM_(2.5))组分主要为地壳元素型,占比前4的组分分别为地壳元素63.5%、硫酸根8.0%、有机碳(OC)4.8%、钙离子4.1%。PM_(2.5)贡献占比最高的为扬尘源,为65.4%;其次为二次硫酸盐和二次硝酸盐,分别达到9.3%和8.4%;生物质/煤燃烧源贡献占比为6.5%;机动车污染源贡献占比为6.3%;工业源贡献占比为4.1%。

陕西春季区域性沙尘暴过程趋势预测方法研究

分析了陕西春季沙尘暴过程分布特征、变化趋势、突变前后环流特征及影响陕西春季沙尘暴的环流特征量和其他要素;提出了预报思路,建立了预测概念模型和回归统计模型及其相应的业务流程,在春季沙尘暴过程趋势预测业务中应用,连续9 a预测结论正确。

一次沙尘暴过程中的地面感热通量分析

利用2016年3月3—5日的气象观测数据分析了一次沙尘暴过程中地面感热通量的变化特征。结果表明:在此次沙尘暴过程中,地面感热通量的日变化曲线呈现一波型。在通常情况下,白天地面感热通量是正值,夜间地面感热通量是负值。在出现沙尘暴的时段内,地面感热通量会发生很大变化。发生在夜间的沙尘暴阻碍地面辐射,减弱地面热量的损失,致使地面感热通量大于零;发生在白天的沙尘暴阻碍太阳辐射,显著消弱地面感热通量。

一次沙尘天气过程对天水市环境空气质量影响的研究

为探究沙尘天气过程对于天水市空气质量的影响及其成因,选取2019年5月12日8时~13日12时的一次天水市颗粒物严重污染个例,利用中尺度数值模式(WRF-chem)对大气环流形势进行模拟,并进一步利用后向轨迹模式(HYSPLIT)模拟此过程的潜在源区、颗粒物质量浓度及沙尘传输路径。结果表明:沙尘的外来输送是此次天水市颗粒物严重污染的主要原因;主要的潜在沙尘源区为蒙古国西部及西北部地区、河西走廊及阿拉善沙漠南部,其PM2.5浓度超标1~2倍、PM10浓度超标2~3倍;此次沙尘传输路径共有6条,其中来自蒙古国西北部、途径河西走廊、最终抵达天水市的路径1占比最高,达33.33%;受沙尘天气过程影响,12日日间边界层高度比背景值降低了约900~1500 m。天水市此次颗粒物严重污染是在西北冷锋型的环流形势下,由来自蒙古国西部及西北部地区、河西走廊及阿拉善沙漠南部沙尘的外来输送造成的。逐渐加深的冷槽使得沙尘的远距离传输成为可能,西北低空急流为沙尘的输送提供了动力条件,高压下沉气流携带沙尘到达近地层使天水市颗粒物浓度升高,而较低的边界层也不利于颗粒物的扩散。

利用大气超级站对乌鲁木齐市一次沙尘天气过程及组份的分析

本研究利用大气超级站对乌鲁木齐市4月9日至10日沙尘天气过程,粒径谱、离子和重金属组成及变化进行分析。研究结果表明激光雷达观测结果与环境空气质量监测基本一致;小粒径颗粒在沙尘和非沙尘时段含量最多,但在沙尘时段大粒径颗粒的增长幅度远大于小粒径;沙尘过程中的离子主要来源于土壤一次源;沙尘过程中地壳元素浓度及占比均显著升高,会稀释环境空气中人为污染元素。

张掖及兰州榆中地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究

选取张掖和兰州榆中两地春季沙尘气溶胶连续观测资料,主要对2008年5月发生的一次强沙尘天气过程中气溶胶粒子浓度变化和谱分布特征进行了分析。结果表明,此次沙尘天气过程的发生与锋面过境有关;对比分析背景天气下气溶胶浓度,发现榆中站气溶胶浓度主要受人为源的影响,而张掖站主要受自然源的影响。两地沙尘过程的发生时间与物理属性不完全相同。通过对气团轨迹的分析,发现此次沙尘气溶胶有多个来源。由于受河西走廊一带地理位置和地形的影响,张掖地区沙尘天气比兰州榆中地区更为频繁和严重。

影响三大洲的北非强沙尘暴动力机制WRF-chem模拟与分析

基于WRF-chem模式对北非2018年3月下旬的典型强沙尘暴过程进行模拟,分析了此次强沙尘发生季节、持续时间、局地特征以及传输路径的关键动力系统与动力机制。鉴于起沙是沙尘暴发生的关键点之一,并且起沙主要取决于风力和下垫面沙源性质,本文测试了三种起沙参数化方案的影响,并将模拟结果与卫星MODIS监测及其再分析资料MERRA-2进行了对比,又经系列统计方法检验。结果显示,宏观思路的起沙方案GOCART比AFWA和UoC两种起沙方案更适合此次大尺度强沙尘暴数值模拟(锋面跨度接近60个经度)。综合沙尘暴关键系统的动力机制分析和数值模拟结果显示,强沙尘暴关键系统为深厚的西风槽、沙尘冷锋锋面和锋后的地面高压反气旋。北非中部深厚的西风槽为后倾槽,该系统稳定,造成沙尘暴持续时间长。沙尘暴锋后反气旋中的下沉气流抑制了扬沙向高层扩散,造成低层能见度恶劣。沙尘锋区结合了动力、热动力以及湿热动力不稳定,因此锋区风力大,地面沙尘驱动力强。而西风槽和强大反气旋依托环流形势,提供了沙尘传输到三大洲的长途输送力。