北京一次沙尘暴的来源和有关特性.pdfVIP

第五届全国风工程及工业空气动力学学术会论文集 北京一次沙尘暴的来源及有关特性‘ 许黎1樊小标1石广玉2冈田菊夫’新村典子‘ (国家气候中心气候研究开放实验室，北京100081) 1(中国科学院大气物理研究所，北京100029) ’(日本气象研究所，日本筑波305) 4(日本筑波大学，日本筑波305) 摘 要 中国北方地区的春季经常发生沙尘暴事件．本文对1991年4月的一次沙尘暴进行了跟 踪采样和分析，通过一个撞击式气溶胶采样仪将单个尘暴粒子收集在涂碳的膜片上，4月 29日在呼和浩特收集沙尘粒子，4,q30日沙尘过境北京时也采集了样品，尘暴飘洋过海后5 月1日到达日本，在日本南部长崎再次收集了粒子，收集的尘暴粒子样品在日本气象研究 所实验室进行分析，所用的分析仪器是装配有散能x射线分析仪的扫描电子显微镜，该 仪器主要分析单个粒子的形态大小和化学元紊组成。用一个具有八个泸光片由计算机控制 的筚盏辐射计来测量尘暴天气溶胶的光学特性(整屡大气气溶胶的光学厚度，谱分布和散 射相函数)，观测只在北京中国科学院大气物理研究所进行。从天气图、卫星云图资料和 后向风轨迹可以追踪这次沙暴的起源，分析沙尘暴沿途三地粒子的形态和化学元素组成， 也可以看到尘暴粒子在时空方面的交化，并讨论了沙尘暴时整层大气气溶胶的光学特性。 为了便于比较，我们还选择非尘暴天进行观测，1991年3月13日和5月6日是这样的个例． 下面给出一些主要的分析结果． (1)沙尘暴的来源 图1显示了1991年4月29日一5月1日地面天气系统图o)，从图l可以看到这三天有一个冷 是高空脊前的上升气流区，参照北京上空l吼高度处36小时的届向轨迹和垂直速度 。(图3)，该区域有两个向上的垂直运动区，这两个垂直运动的中心正处于冷锋移动的路径 上，第一个中心的下垫面是草地沼泽，第二个中心的下垫面是浑善达克沙地，从这次沙尘 暴期问的气象要素、天气系统资料和卫星云图(图略)，及盛裴轩等人的后向轨迹图。，这 个冷锋范围大，移动速度较快，尽管天气已进入春季，冷锋的强度比冬季小，冷锋后部来 自北方强大的西北偏北风驱动蒙古高原地面的沙尘进入大气，而空中高压脊前的上升气流 进一步将地面的沙尘带入空中，在冷锋的移动过程中，还存在一个沙地，局地的沙尘源又 加强了这次沙尘暴，这特定的天气系统和地表状况使{寻空气中的含尘量增加，构成了这一 次沙尘暴的特点，并使这次沙尘得以飘洋过海到达日本。综上可知这次沙尘暴源于乌兰巴 托附近，途经二连浩特，大约36小时后经过北京(气象铁塔上200米处的风速为20m／s，而 +国家自然科学基金重点项助 3月13目同高度上的风速是5Ⅲ／s)，72,J、时后影响长崎，呼和浩特也位于沙暴区内．影响北 京的沙尘暴主要有两条路径，一条来自西北偏北蒙古抄漠或沙地，另一条来自西北偏西方 向的新疆沙漠戈壁或者其上游地区．一般而言，西北偏西方向的沙尘暴强度大，影响范围 广，发．生的频率也高．本次沙尘暴的势力不太强． (2)北京尘暴粒子的形态和化学组成 的差异，尘暴天颗粒的形态几乎都是不规则形，面5月6日单个杖子的形态有不规则形． “卫星”滴形和球形，显然这是因为尘暴天的颞拉大部分来自地壳，而无尘暴发生时，颞 粒物由地壳物质和人为粒子共同组成，“卫星“滴形粒子主要是硫酸粒子，球形柱子主要 是硫酸铵粒子”．硫酸和硫酸铵粒子主要是有化石燃科燃烧棒放的sⅨ在大气发生一系列反 应后产生的。 尘暴粒子中富含土壤元素‰．A1．si，l(．Ca和Fe的不规刚形大粒子是一些矿物粒子．综 合这次尘暴粒子中化学元素的组成，90％以上的粒子含有^l和si：粒子含有元索llg，I( ca和Fe的频率大于62％；元紊s被检测到的几率为l“，尘暴粒子中元索№的含量根低，只 占l傩，而cl元素没有被分析到．在无尘暴天北京近地面颗粒中，检测到含s元素的粒子占 70％以上，人类活动排放的元素zn．P，Ti分别为28tl矾和器。此外还检测到^s。Sc等元 素，这些元索在尘暴天时是检测不到的．不言而喻，这些特征是由人类活动捧放或是再生 粒子带来的。 (3)尘暴颗粒随时空的变化 图4—6给出了在呼和浩特，北京，日本长崎捕获的1991年4