乌鲁木齐大气黑碳气溶胶浓度变化特征及影响因素分析

利用乌鲁木齐大气成分观测站2009年11月—2010年2月（2009年冬季）黑碳气溶胶（BC）质量浓度观测资料,同时结合该站观测的PM数据以及国内外其它地区的BC观测结果,分析了该地区黑碳气溶胶的变化特征及影响因素。结果表明：（1）BC日平均浓度为12.442±5.407μg.m-3,其变化范围为2.685~26.691μg.m-3。BC质量浓度与API指数的变化趋势基本一致,相关系数为0.660。（2）BC浓度的日变化具有明显的双峰值特征,其峰值区主要出现在上午和夜间,谷值区出现在凌晨和下午。逐日分布具有2~3 d到数天不等的急剧上升的变化,与天气过程活动周期基本吻合。（3）周一至周四BC平均浓度呈总体降低趋势,周五开始逐渐增加,总体的变化幅度不大,工作日和周末差别较小。（4）BC小时平均浓度出现频数符合对数正态分布,冬季本底浓度为6.146μg.m-3。（5）BC与PM10,PM2.5,PM1.0日平均浓度在0.001水平上均呈正相关,线性相关系数分别为0.526,0.538和0.548;BC在PM10,PM2.5,PM1.0中分别约占6.8%,8.2%和9.2%,表明BC是PM的重要组成部分。（6）乌鲁木齐城市冬季BC气溶胶浓度高于国内外部分城市,明显高于较为洁净的边远地区,远高于瓦里关本底站及南极观测的结果。

气候研究中不同时期的资料获取与重建方法综述

过去30年里,全球气候变化的研究取得了世界瞩目的成就。这一研究领域中每次重要的进展,都伴随着资料获取新技术的发展和研究方法的创新。有鉴于此,主要对近30年来气候研究中不同时期(包括现代器测时期和过去气候变化代用资料)的资料获取,数据资料中存在问题的甄别和处理,气候序列的重建及其他相关气候研究领域中研究方法的进展做了回顾与综述。其中过去气候变化代用资料包括树木年轮、冰芯、石笋、历史文献、黄土、湖泊沉积和岩芯等。各种代用资料在空间分布、时间分辨率和气候信息含量等方面各有优劣。文中列出了气候研究中不同时期的资料获取与重建方法的进展,其主要体现在利用更为丰富的数据来源,更为有效、更为精确地提取和利用气候代用资料,尽量减少气候重建过程和结果的不确定性。而一定的方法只是适用于一定的介质和一定的时间所反演的资料数据。并认为气候资料的多种获取手段和集成技术与研究方法的创新,将进一步推动气候和气候变化研究的发展。

新疆西北部萨吾尔山西伯利亚落叶松树轮宽度的气候响应特征

树木生长对气候变化的响应研究不仅能为全球变化背景下森林生态系统的响应提供关键参数,也是树轮气候学研究的基础。利用新疆西北部萨吾尔山南坡的西伯利亚落叶松树木年轮宽度资料,建立了不同海拔高度的4个树轮宽度年表,采用相关分析和冗余分析法分析了树轮年表特征及其对气候的响应特征。结果表明:(1)不同海拔西伯利亚落叶松树轮宽度年表均具有较高的敏感度和一致性,可能包含丰富的气候信息。树轮年表参数有较一致的规律性:平均敏感度、标准差和信噪比随海拔高度降低逐渐增大;反映树轮对环境要素响应滞后效应的一阶自相关系数随海拔高度降低而减小。(2)随着海拔高度的降低,树轮宽度年表与生长季5—9月气温的正相关逐渐减弱,直至变为负相关;与反映水分状况的气象要素(降水量、相对湿度和水汽压)由不显著相关变为显著正相关(P<0.01)。萨吾尔山南坡海拔2 000~2 100 m是西伯利亚落叶松树轮宽度对气候响应关系发生转折的关键高度。(3)位于下树线区域西伯利亚落叶松树轮宽度受年降水量(上年7月—当年6月)和当年生长季(5—9月)气温共同影响,具备开展区域干旱指数重建的潜力。

阿尔泰山南坡1821—2014年树轮汞浓度变化及其对气候的响应

基于建立阿尔泰山南坡青河地区1821—2014年的树轮汞浓度变化序列,分析气候对树轮汞浓度的影响,并从全球和区域角度探讨了汞浓度变化的原因。结果表明:1821—2014年青河地区平均树轮汞浓度为1.36±0.28 ng·g^(-1)。树轮汞浓度变化与年平均最低气温(r=0.268,P<0.05,n=57)和平均水汽压(r=0.326,P<0.05,n=57)呈显著正相关,与平均2 min风速呈显著负相关(r=-0.356,P<0.01,n=57),表明气候可能会影响树木年轮中汞的积累。19世纪20年代—20世纪80年代树轮汞浓度呈缓慢上升趋势,出现19世纪50—60年代中后期和20世纪80年代中后期2个峰值。20世纪90年代—21世纪00年代初期树轮汞浓度相对平稳。21世纪00年代中后期,树轮汞浓度逐渐下降,可能与各国相继实施空气污染控制法规有关。

1950—2019年费尔干纳盆地降水时空变化及其影响机制

基于1950—2019年费尔干纳盆地降水格点数据,利用线性回归法和经验正交函数(EOF)分析等方法,探究费尔干纳盆地降水时空分布特征、空间分布模态及大尺度环流影响因素。结果表明:(1)1950—2019年,降水总体呈下降趋势,为-2.20 mm/10 a,未通过显著性检验,对单月降水进行检验未发现明显趋势。(2)降水主要有2个模态,解释了全区降水变化的70.52%,第一模态解释了全区降水变化的59.90%,空间向量场呈现全区一致性,表征研究区整体的降水变化情况受到ENSO和西风带的影响;第二模态解释了全区降水变化的10.62%,空间向量场表现出从西北到东南的空间反相模态,表征研究区降水空间异质性受到欧亚大陆北部输送水汽的影响。(3)厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)事件通过调整水汽输送路径和季风环流模式影响了费尔干纳盆地的降水变化,来自欧亚大陆北部的气流是造成费尔干纳盆地降水空间格局差异的主要原因。

塔克拉玛干沙漠腹地气溶胶不同波段散射系数比较

利用2010年塔克拉玛干沙漠腹地塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(下文简称"塔中")多波段(450、525、635 nm)积分浊度计和PM_(10)自动监测仪观测资料,并结合塔中地面气象观测资料,分析了沙漠腹地不同波段气溶胶散射系数的变化特征。分析结果显示:(1)塔中气溶胶对635 nm太阳辐射的散射作用最大,其次是525 nm,最小为450 nm。三波段(450、525、635 nm)散射系数平均值分别为:288.0、318.4、443.8 Mm^(-1)。(2)三波段散射系数日变化与PM_(10)质量浓度一致,都呈单峰变化:夜间高、白天低。在日变化中,散射系数始终保持635 nm最大,525 nm次之,450 nm最小。(3)三波段散射系数年变化基本一致,都与PM_(10)变化接近。1—5月中,除3月散射系数是450 nm最大外,另外4个月均是635 nm最大,450 nm次之,525 nm最小。6—12月散射系数都是635 nm最大,525 nm次之,450 nm最小。(4)三波段散射系数均是沙尘暴下最大,扬沙次之,浮尘最小。不同沙尘天气下,塔中气溶胶对635 nm散射作用都是最明显的,对450 nm和525nm散射作用不同:沙尘暴时,对525 nm的散射强于450 nm,在扬沙和浮尘时,对450 nm的散射强于525 nm,尤其在浮尘时。(5)三波段散射系数与PM_(10)质量浓度都呈显著正相关,PM_(10)质量浓度与525 nm散射系数相关程度最大,450 nm次之,635 nm最小。但是季节内相关程度略有差异:春、冬季PM_(10)浓度与450 nm散射系数相关程度最大,525 nm次之,635 nm最小。夏、秋季则是525nm最大。

川西马尔康7月平均气温的重建及其气候周期信号检测

利用阿依拉山采样点的树木年轮标准化年表与川西高原的马尔康和红原前一年10月至当年9月的气候资料进行相关分析。结果表明,马尔康7月平均气温与阿依拉山采样点的树木年轮生长有较好的相关性,相关系数达0.644。利用树轮年表重建了1597-2005年马尔康7月平均气温序列,方差解释量为41.5%,经过检验,转换方程稳定可靠。检测409年重建气温序列的周期信号,发现重建序列存在3～4年、5～9年、21～28年和56～76年的周期振荡,其中较短的年际周期的强振荡期均出现在21世纪,中周期的强振荡期主要出现在最后一次小冰期,而长周期则在工业革命之前能量最强。

低温胁迫下巴旦杏的形态生理变化及抗寒性研究

莎车1号、英吉沙2号和莎车18号是新疆喀什地区巴旦杏的主栽品种。通过测定低温胁迫下细胞膜透性、叶绿素荧光参数的变化,对巴旦杏品种的抗寒性进行了比较研究,并进行了冻害分级。结果表明,随处理温度降低,相对电导率逐渐增加,枝条细胞膜受损程度在加重。引起巴旦杏品种低温伤害的临界温度范围为-24～-27℃,3个品种枝条半致死温度(LT50)分别为-24.9℃、-29.3℃、-27.7℃,英吉沙2号的抗寒性较强。随处理温度降低,巴旦杏枝条基础荧光(Fo)值逐渐上升,至某一温度达到峰值后开始下降,光系统(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)值呈明显下降趋势。-24～-27℃左右的低温会造成PSⅡ结构的损伤,且品种抗寒性越差,PSⅡ结构受损越明显。综合分析结果表明,供试的3个巴旦杏品种中,英吉沙2号抗寒性较强,莎车18号次之,莎车1号抗寒性较弱。

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度垂直分布特征

利用Grimm 1.108、Thermo RP 1 400a以及TSP等仪器于2009年1月至2010年2月对塔克拉玛干沙漠腹地塔中不同高度沙尘气溶胶质量浓度进行连续观测,结合天气资料进行分析。结果表明:①80m高度PM10质量浓度最高,80m高度PM2.5和PM1.0质量浓度明显低于4m高度PM10,80m高度PM1.0质量浓度最低。频繁的沙尘天气是影响不同粒径的沙尘气溶胶浓度含量的主要因素。②夜间至日出,PM质量浓度逐渐降低,最低基本上出现在08:00,随后质量浓度逐渐增大,18:00前后浓度达到最高值,然后又逐步降低。其规律与风速的昼夜变化完全一致。③TSP月平均质量浓度高值主要集中在3—9月,其中4月和5月浓度最高,随后逐渐减低。3—9月也是PM月平均质量浓度的高值区域,4m高度PM10月平均质量浓度最高发生在5月,其浓度为846.0μg.m-3。80m高度PM10浓度远高于PM2.5和PM1.0浓度,PM2.5和PM1.0浓度相差较小。风沙天气对大气中的不同粒径粒子的浓度含量影响较大,风沙天气越多,粗颗粒含量越高,反之则细颗粒越多。④沙尘天气过程中不同粒径沙尘气溶胶质量浓度变化具有晴天<浮尘天气<扬沙天气<沙尘暴天气的规律。各种沙尘天气中,PM10/TSP表现为晴好天气高于浮尘天气,浮尘天气远高于扬沙和沙尘暴天气。⑤沙尘天气过程中,沙尘气溶胶浓度随着粒径的减小,浓度逐渐降低。不同高度、不同粒径的沙尘气溶胶质量浓度每隔3～4d形成一个峰值区,与每隔3～4d出现沙尘天气强度增强过程直接相关。

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过程大气颗粒物浓度及影响因素分析

利用Grimm1.108、Thermo RP 1400a、TSP以及CAWS-600等仪器,对2008年4月17日至23日发生在塔克拉玛干沙漠腹地的1次强沙尘暴过程的颗粒物质量浓度进行连续观测,结合天气资料分析得出:①Grimm1.108颗粒物分析仪监测结果表明,日平均浓度出现两个峰值区,主峰值出现在20日,次峰值出现在18日,而小时平均浓度高值区主要集中4月19日至20日,21日中午存在1个峰值区,其他时段浓度相对较低。②强沙尘暴发生时的分钟观测数据表明,随着风速的逐渐增强,沙尘暴强度逐渐增强,不同粒径颗粒物浓度达到最大值,>0.23μm颗粒物总浓度为39 496.5μg.m-3,>20.0μm颗粒物总浓度为5 390.7μg.m-3,随后浓度逐渐下降。③PM10和TSP的浓度变化同样反映沙尘天气的过程和强度,沙尘暴前期大气中颗粒物浓度远低于强沙尘暴期间,随沙尘天气减弱,颗粒物浓度明显下降。④沙尘天气过程中大气颗粒物浓度变化具有以下规律:晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。风速大小直接影响大气中颗粒物浓度,风速越大颗粒物浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中颗粒物浓度的变化。

利用树轮年表重建新疆博州中东部1622—2010年降水量

利用小海子(XHZ)采样点标准化树轮年表重建了博尔塔拉蒙古自治州(简称博州)中东部地区1622—2010年上年7月至当年6月降水量,相关系数为0.599,方差解释量达35.8%(调整自由度后为34.6%)。利用多种统计参数和独立资料对重建结果进行验证,表明降水量重建值具有较好的可信性。对重建降水量的分析表明:在这389年中,博州中东部地区降水量大体经历7个偏少阶段和7个偏多阶段,且与天山山区年降水显著相关,在波动上也比较一致;重建降水量序列具有2年左右的显著准周期。

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区大气气溶胶散射系数影响因子

利用2010年塔克拉玛干沙漠腹地塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站单波段(525nm)积分浊度计和PM10自动监测仪、能见度仪器观测资料,结合塔中地面气象观测资料,分析影响塔中气溶胶散射系数的各因子。结果表明:(1)散射系数和PM10质量浓度具有明显的正相关关系,相关程度秋季最大,达0.96;夏季次之,为0.94;冬季最小,为0.91。(2)质量散射系数3月最小,10月最大;四季中,春季最小,为0.60m2·g-1,秋季最大,为1.38m2·g-1。塔中站气溶胶质量散射系数小于河北张北站、甘肃民勤站、兰州西固区,大于内蒙古锡林浩特站、希腊克里特岛、以色列内盖夫沙漠。(3)能见度与散射系数呈显著负幂相关关系,相关系数为0.80,其中夏、秋、冬季的相关系数都超过了年相关系数,分别是0.913、0.908、和0.857,春季最低为0.723。(4)风速较大时,散射系数的值也比较大,两者呈现正相关关系,相关系数为0.45。散射系数小于500 Mm-1时,主要分布于ENE和NE;大于500Mm^(-1)以上则主要是在ENE、NE、E风向。在ESE风向时,散射系数的平均值最大,其次是SSE方向上,最小值是S风向。

基于多点树轮序列的1768—2006年甘肃降水量变化

选择12个树木年轮宽度年表和28个气象站的降水量资料分别建立甘肃树轮宽度场和降水量场。树轮气候响应分析发现树轮宽度场第一主成分与甘肃28个气象站上年7月至当年6月降水量第一主成分有较好相关性,相关系数为0.580(p<0.001)。利用线性回归模型重建甘肃上年7月至当年6月降水量第一主成分,方差解释量为33.6%(1961—2006年)。在1768—2006年期间甘肃有11个降水量较多的时期(高于多年平均值)和11个降水量较少的时期(低于多年平均值),分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期。同时,降水量重建序列的低值与西北地区极端干旱历史事件有着良好的一致性。空间相关分析表明该重建序列能够表征甘肃大范围的降水量变化,与实测降水量资料的第一主成分空间变化较为一致。多窗谱分析发现,甘肃降水量具有36.6年(95%)、11.2年(95%)、4.8年(95%)、3.4年(95%)、3.1年(95%)、2.6年(95%)和2.4年(99%)的周期变化。甘肃降水量与亚洲中纬度西风区、季风区树轮降水量序列之间存在一定的关联性,甘肃降水量变化与季风降水量的关联要大于与西风区降水量。