春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

春季北京一次沙尘暴的理化特性分析（共3篇）

篇1：春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

2004年春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

2004-03-27～2004-03-29北京发生沙尘暴天气期间,监测了气溶胶TSP、PM10和PM2.5的浓度,利用撞击式采样器采集了8级膜样品,并用ICP-MS分析了气溶胶中元素的.含量,同时监测了地面辐射和风速的变化.结果显示,此次沙尘暴导致TSP浓度比平时增加3～4倍,PM10浓度增加2～3倍,PM2.5浓度有所降低.研究还表明:地壳元素Na、Mg、Al、Mn和Fe主要分布在粗粒子上.而污染元素Zn、Pb主要分布在细粒子上,污染元素主要是本地源.沙尘暴对总辐射有明显的影响,导致地面总辐射衰减了37.8%.受大风影响粗粒子浓度增加显著,细粒子浓度明显减少.

作 者：何新星 王跃思 温天雪 胡波 HE Xin-xing WANG Yue-si WEN Tian-xue HU Bo 作者单位：中国科学院大气物理研究所,北京,100029刊 名：环境科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE年，卷(期)：200526(5)分类号：X513关键词：沙尘 辐射 元素含量 北京

篇2：春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

春季北京特大沙尘暴颗粒的矿物组成分析

应用X射线衍射(XRD)和带能谱的`场发射扫描电镜(FESEM-EDX)对在北京203月20日收集的一次特大亚洲沙尘暴样品进行了分析, 获得了矿物组成及粒度分布信息. 结果表明, 此次沙尘暴颗粒中矿物颗粒达94%. XRD半定量分析显示, 沙尘暴颗粒的矿物组成主要有黏土(40.3%)和石英(19.5%), 其次有方解石、斜长石、钾长石、赤铁矿、黄铁矿、角闪石和石膏, 但其含量都小于10%. 分离出的黏土组分中伊/蒙混层矿物占78%、伊利石9%、高岭石6%、绿泥石7%. FESEM-EDX分析除了检测到那些主要类型矿物外, 还检测出痕量的白云石、黄铁矿、盐类矿物芒硝、重矿物、金红石、钛铁矿和磷灰石等矿物. 此次亚洲沙尘暴颗粒和非洲撒哈拉大沙漠的沙尘羽颗粒的矿物类型相似, 但是黏土矿物组成有很大的差别, 前者以伊/蒙混层矿物为主, 后者以伊利石为主.

作 者：邵龙义 李卫军 杨书申 时宗波 吕森林  作者单位：邵龙义,李卫军,杨书申,吕森林(中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083;中国矿业大学(北京)资源与地球科学系,北京,100083)

时宗波(Faculty of Environmental and Symbiotic Sciences, Prefectural University of Kumamoto, Kumamoto 862-8502, Japan)

刊 名：中国科学D辑  ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE IN CHINA(SERIES D) 年，卷(期)： 37(2) 分类号：P4 关键词：亚洲沙尘暴   PM10   X射线衍射(XRD)   单颗粒分析   北京  

篇3：春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

1 天气实况

2014 年4 月23—25 日, 我国北方自西向东出现了一次较强大范围的沙尘天气, 其中在新疆的天山南坡、南疆盆地东部、内蒙中部至华北北部出现沙尘暴。造成本次沙尘暴天气的沙源地主要集中在塔克拉玛干沙漠和乌兰布和、巴丹吉林、腾格里、毛乌素、库不齐沙漠集中的这一块沙漠区。南疆盆地特殊地形、河西走廊地形的狭管效应以及贺兰山的阻挡和俯冲对本次沙尘暴天气的发生发展有重要作用。塔克拉玛干沙漠沙尘平均粒径0.078 mm, 为超细沙, 起沙风速相对国内及国外同类相似地区比较小, 由于形成沙尘暴天气的风力等级偏小, 导致24 日南疆盆地一直维持有浮尘天气, 最小能见度为200 m。同时, 河西走廊特殊的流沙、尾矿砂地表为沙尘暴的形成提供了极为有利的地理环境。当冷空气经过此地, 地形引起的狭管效应, 使风力明显加大, 河西走廊入口区能风度明显下降, 23 日冷锋过境时能见度仅有100 m, 明显低于周围地区。这次过程沙尘暴和强沙尘暴集中, 伴随有明显的雨雪天气, 雨雪区主要位于沙尘暴影响区的后部, 同时伴随明显的地面大风。至25 日夜里减弱消失, 但夜间人工观测“现在天气”的观测站相对较少可能也是造成沙尘暴天气夜里减弱消失的一种原因。

2 气候背景

此次沙尘暴天气出现在春季, 我国北方地区在此季节冷暖气团差异明显, 从整个大气层结来看更容易出现上冷下暖的垂直结构, 同时午后地面辐射加热增温明显, 地面气压迅速降低, 容易产生层结热力不稳定。冷空气势力较冬季虽然日趋减弱, 但是冷锋前的大风天气很频繁。同时由于前期降水少, 气温较高, 时逢春耕春播时间, 沙尘源充足, 为沙尘暴的发生提供了有利条件。

3 沙尘暴成因分析

3.1 大风条件

3.1.1 高空槽和低空急流演变分析。沙尘暴常是大范围强冷空气入侵的结果, 常在特定的环流型下暴发[7]。分析500h Pa高空槽的演变发现此次为西风槽加强东移型。23 日至24 日20:00, 极锋锋区上槽脊系统快速发展起来, 随着主导脊东南衰退, 高空槽加强东移南下, 强锋区南压。到24 日20:00, 冷空气不断补充, 在内蒙古西部以北地区形成一个低涡, 同时在青海省的中部西风槽东移加强;25 日继续东移加强, 影响内蒙古中部地区。

Limaitre等[8]发现, 低空急流对欧洲的斜压大气中水汽辐合过程起到激发和组织作用。Bannon[9]和Cook[10]研究了索马里急流的形成, 并且分析了急流对非洲西部降雨过程的影响。低空急流在西北地区强沙尘暴的形成中, 起着动量传输、制造位涡动能和产生不稳定发展条件等作用, 因此春季低空急流对甘肃河西走廊沙尘暴短期预报有很好的指示意义[11]。将沙尘暴影响区域和低空急流位置叠加分析发现, 在700 h Pa急流比较明显, 850 h Pa风速虽大但未达到急流标准, 较700 h Pa位置偏前。23 日8:00 低层有很强西北急流 (850 h Pa最大风速达30 m/s) , 24 日8:00 移至河套地区上空, 至25 日20:00 冷空气减弱北收, 急流减弱消失, 自西向东的沙尘天气也趋于结束;23 日夜间到25 日南疆盆地始终维持一支弱的低层偏东急流, 有组织地形成“东灌”。

3.1.2 地面影响系统分析。 分析地面气压场和冷锋位置的演变, 发现此次沙尘暴天气的主要是由于冷锋锋生造成的强斜压性。在临近沙尘暴发生时, 地面气压迅速增加, 压差加大, 使风速加大, 为起沙提供了必要的动力条件[12]。在同一次沙尘天气过程中, 除了不同地区的地表覆盖类型、土壤类型、土壤湿度的不同外, 影响该地区的天气系统不同 (风力等) , 起沙量也不同[13]。前期南北疆盆地受热低压中心为1 007.5 h Pa。23 日8:00, 冷高压中心强度达1 040 h Pa, 加压迅速。23 日20:00 冷锋移至西北地区西部, 蒙古气旋加强, 冷锋后部气压梯度增强;随着冷高压减弱、地面气旋东移北收, 气压梯度也明显减弱, 自西向东的大风沙尘天气也趋于结束。23 日8:00 吐鄯托盆地至南疆盆地东部24 h变压超过20 h Pa, 3 h变压更明显, 达到50 h Pa;24 日白天河西走廊到河套地区3 h变压在20~30 h Pa。加压迅速是导致就地起沙的重要原因。

3.2 不稳定大气层结分析

3.2.1 前期热力条件和大气层结条件分析。 强沙尘暴多发生在午后到傍晚, 这主要是由于午后地面处于明显的热力不稳定状态, 热对流发展最强盛, 若遇冷空气过境, 则极易激发热对流发展, 从而产生沙尘暴天气[14]。分析850 h Pa温度场发现, 在沙尘暴发生前前期, 我国的西北地区受明显暖脊控制, 后冷空气不断东移南下, 温度梯度大, 冷平流强度强。冷暖气团交替明显, 加剧湍流交换。分析23—24 日地面最高温度分布显示, 在南疆盆地地面气温最高达32 ℃, 河西走廊到内蒙东部地面温度达到26~28 ℃。进入夜间以后, 由于行星边界层趋于稳定, 沙尘源地的大风减弱, 地面沙尘天气渐弱[15]。表征大气行星边界层稳定度的Ri有可能较好地描述沙尘天气过程的强弱, 其强度以及持续时间的长短可以作为沙尘天气预报中的一个参考的预报因子[16]。在沙尘暴地区发生的前期, 850 h Pa与500 h Pa温差最高达40 ℃, 暖层较厚, 到23 日8:00 南疆地面24 h增温达到10~13 ℃。从地面到对流层中层温度较高, 土壤含水量低。巴尔喀什湖北部冷空气东移南下, 冷暖气流交汇形成大气不稳定层结, 风速加大, 激发沙尘天气, 之后随着冷空气东移, 沙尘天气区东移。

3.2.2 探空图分析。根据本次沙尘暴的特点和发生区域, 特选取了2 个有代表性的站点进行探空分析, 分别为哈密站 (图1) 和呼和浩特站。

可以看出, 沙尘天气发生前期为下干上湿, 低层有明显逆温存在, 考虑前期哈密地区近地层温度高湿度低, 有利于沙尘天气形成;沙尘天气发生后, 下干上湿的条件维持, 风向转为偏北风, 925 h Pa风速为12 m/s。

综上所述, 出现沙尘天气的站点前期低层湿度干、温度较高, 有利于沙尘扬起, 后期低层风速增大迅速, 不稳定能力都比较小。沙尘的主要影响系统是大风和前期地表的干湿情况。沙尘暴发生后, 近地层风速明显增大, 空气相对湿度迅速减少, 边界层湍流交换强烈[17]。

4 结论

本次沙尘暴和强沙尘暴相对集中, 具有移动速度快、强度大、影响面积广、灾害重的特点。由于在甘肃河西已形成风沙, 经阿拉善高原, 在东移过程中, 在贺兰山北面受阻堆积, 冷锋正处于“爬山”阶段, 坡度很大, 当冷空气积累到一定厚度, 一部分冷空气翻越贺兰山向银川盆地俯冲时, 由于冷空气迅速下沉, 锋面坡度急剧减小, 因而大量的位能转化为动能, 加之锋前高温, 促使在银川盆地形成强烈的辐合上升运动, 使气压梯度和温度进一步加大, 促使系统加强, 从而导致沙尘暴的形成。

沙尘暴发生前期为西北冷锋型, 后期为槽脊东移型。高空影响系统主要为东移加深的西风槽。700 h Pa切变东移加深形成低涡, 700 h Pa西北急流强盛, 瞬时极大风速9~12 级 (最大风速36 m/s) 。850 h Pa主要影响系统是贝加尔湖冷槽, 槽后冷平流强并伴有30 m/s的西北急流, 槽前暖脊位于河套地区至贝湖东侧, 暖平流较强。探空图上有超绝热现象, 层结非常不稳定, 有利于局地对流, 利于强烈起沙。前期增温积聚一定能量, 沙尘发生过程中配合垂直运动上升区。