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.

塔克拉玛干沙漠南缘生态过渡区辐射平衡特征

塔克拉玛干沙漠南缘属于生态过渡区,地表性质时空变化较大,陆面辐射平衡和地表反照率特征均较特别,目前对这方面了解并不充分,所以有必要开展塔克拉玛干沙漠南缘辐射平衡研究。利用青藏高原北侧陆-气相互作用观测站2019年12月至2020年11月地表辐射数据,分析该地区不同时间尺度和不同天气条件下辐射平衡与地表反照率特征。结果表明:(1)不同月份各辐射分量月平均日变化均呈单峰型,但极值及其出现时间有差异。各辐射分量月曝辐量季节变化明显,向下短波辐射表现为春季>秋季>夏季>冬季;向上短波辐射则为春季>夏季>秋季>冬季。(2)向下和向上短波辐射在季节变化上均为春季最大,冬季最小,其余各辐射分量则夏季最大,冬季最小。(3)典型天气除晴天各辐射分量日变化规则外,在多云、降水、浮尘、扬沙、沙尘暴天气下各辐射分量变化不规则,其中降水与沙尘暴对向下短波辐射的影响最为明显。(4)地表反照率各月变化形态不规则,最大和最小月均值出现在3月和5月,分别为0.37和0.29,年均值为0.31。(5)晴天各辐射分量日变化为标准的倒“U”型,降雨和降雪下各辐射分量变化均不规则,其中地表反照率对降雨及降雪的响应分别对应为减弱和增强。

中国大气本底站站址环境及部分观测要素变化特征

大气本底监测是对远离人类活动影响的地区经过充分混合、不受局地直接污染的大气成分长期定点观测,能反映全球或者区域尺度大气成分变化特征。中国大气本底站获取长期、连续、有效的大气成分监测数据及变化特征为国家应对气候变化外交谈判、大气污染防治工作和科学研究工作提供支持。对中国气象局七个大气本底站做简要介绍,利用对比统计分析方法与HYSPLIT后向轨迹模型对本底站观测要素CO_(2),CH_(4),O_(3),CO的浓度变化趋势和影响因素进行分析。结果发现:各本底站CO_(2)浓度上升趋势明显,与Mauna Loa站增长趋势基本相同,季节变化多呈现冬春高、夏秋低的特征;各本底站CH_(4)浓度也呈现明显的上升趋势,浓度值大于Mauna Loa站,CH_(4)浓度变化与其光化学反应程度和局地源排放密切相关;O_(3)浓度基本呈现冬春高、夏季低的季节特征;CO浓度基本呈现下降的趋势,与人类的活动以及CO大气反应等外部条件相关。因此,大气本底站观测要素的变化趋势受到局部气候、季风运输、大气边界层等环境条件影响,东部经济发达区还与区域环境排放密切相关。

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.

基于地基雷达探究和田市一次沙尘污染过程

2022年5月新疆和田市遭遇了近5a来最强的一次沙尘暴天气侵袭,沙尘污染过程持续了一周.利用大气气溶胶激光雷达、环境监测站污染物浓度和近地面气象观测资料,分析了此次沙尘污染过程中颗粒物浓度变化、气溶胶光学信息垂直分布特征,并使用全球再分析资料得出本次污染天气的气象匹配形态,最后结合HYSPLIT后向轨迹模型解析过境期间气团的输送及潜在来源.结果表明:沙尘污染期间,PM_(2.5)和PM_(10)变化趋势较为一致且在垂直高度上存在非均一性,PM_(2.5)/PM_(10)均值为0.25,表明主要以粗颗粒物为主,风速与温度的增加、湿度的降低有利于促成污染天气的发生;沙尘污染期间出现了明显的气溶胶层,在垂直方向上有显著的波动性变化,沙尘发生当日消光系数、后向散射系数和退偏振比达到了本次过程最大值,分别为3.5km^(-1)、0.07km^(-1)·sr^(-1)和0.17;和田市在春季处于热低压场中,在西风背景环境与塔里木盆地周边地形阻挡下污染物难以稀释与扩散,沙尘气团长时间在此盘踞,是本次污染持续时间较长的原因;本次沙尘天气过程污染物主要来自于新疆北部、新疆南部的塔克拉玛干沙漠以及周边的斯坦国家且污染源主要以内源性沙尘气溶胶的排放贡献为主.

阿克达拉大气本底站地表辐射收支特征

地表辐射收支变化影响区域乃至全球气候,利用阿克达拉大气本底站基准辐射观测系统的2021年11月1日至2022年10月31日地表辐射四分量数据,分析阿克达拉大气本底站地表辐射与反照率的变化特征。结果表明:(1)太阳总辐射年曝辐量为5772.74 MJ·m^(-2)。太阳总辐射曝辐量的季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季,不同月份太阳总辐射和反射短波辐射日峰值集中在11:00—12:00,地面长波辐射日峰值集中在12:00—13:00,大气逆辐射日峰值出现时间没有明显规律。(2)净收入辐射最大值主要出现在正午,净支出辐射最大值出现时间主要在日落时。(3)降雨对太阳总辐射、反射短波辐射、地面长波辐射、地表反照率具有削弱作用,降雪过程太阳总辐射受到削弱,降雪后地面积雪导致地表反照率增大,地面反射短波辐射增强,日间地面长波辐射和地面净辐射减弱,由于雪对地面的保温作用,夜间地面长波辐射较降雪前增强;降雨与降雪均对大气逆辐射具有增强作用。(4)雨天地表反照率最小值为0.16;当积雪深度达到5 cm时,地表反照率可达0.96,新雪地表反照率大于老雪,且稳定积雪的地表反照率日均值在0.72~0.88。

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。