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艾比湖流域2010–2023年沙尘暴时空变化及驱动因素研究

中国环境科学 2025年

作者：王陈伟张小啸薛一波周杰雷加强李生宇中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心中国科学院大学干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室新疆精河荒漠生态系统国家定位观测研究站

本文以新疆艾比湖流域为研究区，基于气象站点观测数据、ERA5-Land再分析数据及Landsat遥感影像等多源数据，探究流域内沙尘暴的时空变化特征，并通过广义灰色关联度分析模型定量评估地表风速、土壤湿度和植被覆盖对流域内沙尘暴发生日... 详细信息

本文以新疆艾比湖流域为研究区，基于气象站点观测数据、ERA5-Land再分析数据及Landsat遥感影像等多源数据，探究流域内沙尘暴的时空变化特征，并通过广义灰色关联度分析模型定量评估地表风速、土壤湿度和植被覆盖对流域内沙尘暴发生日数的影响.结果显示：2010-2023年间艾比湖流域沙尘暴日数呈现波动上升趋势(+0.08 d/a)，其中2010-2014年增速显著(+0.60 d/a)，2014-2017年短暂下降(-0.70 d/a)，2018年后恢复增长态势(+0.31 d/a);春季为沙尘暴高发季节，夏秋季次之，冬季无沙尘暴天气记录;空间分布上，精河站为近13年沙尘暴高频中心;相较20世纪末，各气象站点年均沙尘暴日数标准差下降87.37%，表明区域差异性显著降低.地表风速是艾比湖流域沙尘暴的首要驱动因素;土壤湿度的影响次之，并呈现季节性时滞效应;相较于地表风速和土壤湿度，植被覆盖对沙尘暴发生日数的影响相对有限.

关键词：沙尘暴艾比湖流域驱动因素广义灰色关联度分析模型

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卫星遥感揭示的2001年以来中蒙地区沙尘事件频次变化及其原因

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中国沙漠 2025年第2期45卷 47-60页

作者：程星雨徐志伟俞妍张小啸南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011

沙尘是地球表层系统的活跃媒介,对全球气候变化响应敏感,能够通过一系列反馈作用影响全球辐射、能量平衡和物质循环。近年来,越来越多的卫星遥感产品被用于监测沙尘活动,例如沙尘气溶胶光学厚度(DOD)。然而,包括DOD在内的基于遥感反演... 详细信息

沙尘是地球表层系统的活跃媒介,对全球气候变化响应敏感,能够通过一系列反馈作用影响全球辐射、能量平衡和物质循环。近年来,越来越多的卫星遥感产品被用于监测沙尘活动,例如沙尘气溶胶光学厚度(DOD)。然而,包括DOD在内的基于遥感反演的多种沙尘指数与沙尘活动强度的关系仍然缺少量化表征。利用中国北方沙尘暴观测站点资料和《沙尘天气年鉴》等数据,对2001—2007年中国北方沙尘事件的强度和次数进行统计,并检验DOD的沙尘指示意义;在此基础上,对不同区域、不同强度的沙尘事件进行区分,进而探讨2001—2022年中蒙地区沙尘事件频次的时空变化特征及其原因。结果表明:(1)随着浮尘与扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等沙尘活动强度的增加,DOD总体呈现增加趋势,但是不同区域沙尘事件对应的DOD阈值有明显差别,其中,西部地区DOD对于不同强度沙尘事件的区分效果较好,浮尘与扬沙的DOD阈值(0.2)低于中东部地区(0.4)。(2)年均沙尘事件频次(FoO)高值区主要分布在中国新疆、内蒙古北部和蒙古国南部的戈壁沙漠,以及柴达木盆地的部分地区,并且这些地区春夏季的沙尘事件频次普遍高于秋冬季。(3)近20年来,中国北方沙尘事件频次整体呈现下降趋势,尤其是中国北方中部的沙漠沙地和黄土高原地区显著下降,而蒙古国沙尘事件频次呈现出东南部下降、西南部升高的特征。(4)研究区沙尘事件频次变化与植被指数和春季风速在大部分地区显著相关,反映出在气候变化与生态修复工程广泛实施的背景下,区域近地面风速下降和植被增多抑制了地表沙尘活动。

关键词：沙尘暴沙尘气溶胶光学厚度沙尘事件频次遥感生态恢复气候变化

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新疆大气颗粒物污染时空演变及沙尘组分研究

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3012-3020页

作者：薛一波张小啸雷加强李生宇中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

利用2020~2022年新疆环境监测和同期气象要素数据,结合HYSPLIT模式与PM_(2.5)/PM_(10)比值模型,探讨新疆颗粒物浓度的时空变化特征,并研究沙尘暴的主要输送路径、潜在源区及其对大气颗粒物浓度的贡献率.结果表明,新疆月均PM_(2.5)和PM_(... 详细信息

利用2020~2022年新疆环境监测和同期气象要素数据,结合HYSPLIT模式与PM_(2.5)/PM_(10)比值模型,探讨新疆颗粒物浓度的时空变化特征,并研究沙尘暴的主要输送路径、潜在源区及其对大气颗粒物浓度的贡献率.结果表明,新疆月均PM_(2.5)和PM_(10)浓度变化呈波浪型分布,峰值出现在12~次年3月,最低值出现在6~8月;空间分布呈南高北低的特征,南疆年均PM_(2.5)和PM_(10)浓度分别为42~111,151~367μg/m^(3),北疆和东疆PM_(2.5)和PM_(10)浓度年均值相对较低,分别为10~62,21~110μg/m^(3)和28~50,100~145μg/m^(3);新疆69%的城市年均PM_(2.5)和PM_(10)浓度高于国家环境空气质量标准的二级浓度限值;大气PM_(2.5)和PM_(10)浓度呈显著正相关(R^(2)=0.84),春夏秋三季以PM_(10)污染为主,冬季以PM_(2.5)污染为主;PM_(10)是影响新疆空气质量的主要污染物,南疆AQI中PM_(10)贡献率为65%~96%,其次是东疆和北疆,分别为58%~65%和3%~41%;大气PM_(10)严重污染主要发生在春季,由PM_(10)造成南疆空气质量污染比重均在50%以上;塔克拉玛干沙漠是新疆沙尘暴灾害的主要沙源地;沙尘的高低空输送路径明显不同,高空传输主要源于沙漠腹地,而低空输沙源以沙漠东部为主;风蚀沙尘对大气PM_(10)和PM_(2.5)浓度的贡献率分别为85%和66%.

关键词：新疆 PM_(2.5) PM_(10) 时空变化沙尘组分空气质量数值模型

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风蚀沙尘对新疆绿洲城市大气环境的影响研究

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环境科学学报 2024年第1期44卷 102-111页

作者：薛一波张小啸任岗雷加强李生宇中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京101408 石河子气象局石河子832000

通过分析2020年新疆16个绿洲城市的环境监测记录和气象观测数据,研究沙尘天气频率、大气降尘强度和PM_(10)(空气动力直径≤10μm的颗粒物)浓度的变化特征以及风蚀沙尘对绿洲城市大气环境的影响.统计分析结果显示:2020年南疆沙尘天气日数... 详细信息

通过分析2020年新疆16个绿洲城市的环境监测记录和气象观测数据,研究沙尘天气频率、大气降尘强度和PM_(10)(空气动力直径≤10μm的颗粒物)浓度的变化特征以及风蚀沙尘对绿洲城市大气环境的影响.统计分析结果显示:2020年南疆沙尘天气日数为180 d,是北疆和东疆沙尘天气总日数的4倍以上;新疆地区春夏两季浮尘天气日数占全年沙尘天气总日数的50%以上;北疆、东疆和南疆城市沙尘天气PM_(10)浓度较非沙尘天气分别增加14%~253%、20%~422%和24%~804%.风蚀沙尘造成75%的绿洲城市年均PM_(10)浓度高于国家环境空气质量标准的二级浓度限制,且呈现出由北向南递增的变化趋势;南疆城市风蚀沙尘中PM_(10)贡献率高达67%,其次是东疆和北疆城市,分别为22%和11%.新疆绿洲城市降尘强度和PM_(10)浓度呈显著正相关,南疆最大月均降尘强度为143 t·km^(-2),是北疆和东疆的14倍和8倍;风蚀沙尘造成南疆城市空气质量污染比重均在80%以上,大气能见度显著低于北疆和东疆.总之,风蚀沙尘对新疆绿洲城市大气环境的影响显著,其影响程度与沙尘天气发生频率和地处沙源区密切相关.

关键词：新疆风蚀沙尘大气环境时空变化颗粒物

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新疆2018年冬季雨雪风沙强降尘事件

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干旱区研究 2023年第5期40卷 681-690页

作者：薛一波黄双燕张小啸雷加强李生宇中国科学院大学北京101408 中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029

2018年11月30—12月3日中国西北新疆地区发生了罕见的冬季雨雪风沙强降尘天气事件,基于气象观测记录、环境监测和大气降尘连续观测数据,分析研究了此次异常天气过程的大气污染物的时空变化特点及其环境影响。结果显示:该天气过程造成新... 详细信息

2018年11月30—12月3日中国西北新疆地区发生了罕见的冬季雨雪风沙强降尘天气事件,基于气象观测记录、环境监测和大气降尘连续观测数据,分析研究了此次异常天气过程的大气污染物的时空变化特点及其环境影响。结果显示:该天气过程造成新疆90%以上的绿洲城市遭受大气颗粒物污染,污染组分主要以粗颗粒污染物为主,环境PM_(10)(空气动力学直径≤10μm的颗粒物)最大浓度高达4745μg·m^(-3);大风天气与PM_(10)浓度以及空气质量指数(Air Quality Index,AQI)高度正相关;首府乌鲁木齐市大气颗粒物总沉降量约90×10^(4)~152×10^(4)t,大气降尘强度均值为85 g·m^(-2),超过城市年均值的60%。此次冬季异常雨雪风沙天气过程导致环境空气重污染和高降尘量,风蚀沙尘颗粒物在大气环流场急流作用下传输到绿洲区域,对城市大气环境质量的恶化影响显著,塔克拉玛干沙漠是造成此次西北新疆地区大范围强降尘事件的主要源地。

关键词：大气环境异常天气过程冬季强降尘大气颗粒物新疆

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北非埃及地区风蚀沙尘时空变化研究

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干旱区研究 2023年第6期40卷 896-904页

作者：薛一波张小啸雷加强李生宇王永东尤源中国科学院大学北京101408 中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830011

通过分析1990—2020年北非埃及气象观测数据和卫星遥感资料,研究风蚀沙尘的时空变化特点,并阐明主要影响因素。结果显示:埃及近30 a沙尘天气发生频次在20~65 d·a^(-1)之间变化,整体呈现出逐渐降低的变化趋势,总悬浮颗粒物(Total Su... 详细信息

通过分析1990—2020年北非埃及气象观测数据和卫星遥感资料,研究风蚀沙尘的时空变化特点,并阐明主要影响因素。结果显示:埃及近30 a沙尘天气发生频次在20~65 d·a^(-1)之间变化,整体呈现出逐渐降低的变化趋势,总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulates,TSP)年均浓度在400~1200μg·mg^(-3)之间波动,在全球干旱区处于较高强度水平;扬沙天气发生频率最高,其次是浮尘、沙尘暴和强沙尘暴天气,其中春、夏两季扬沙天气日数占全年沙尘天气总日数的60%以上,环境TSP浓度与沙尘天气发生频次高度相关;近30 a埃及地面风速呈现减小趋势,风力侵蚀作用是影响地区空气质量的关键因素;沙尘天气频率与大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)指数显著负相关,相关系数约为-0.67。本研究为全面了解北非埃及地区风蚀沙尘的时空变化特征和预防沙尘暴灾害提供理论依据和数据支持。

关键词：埃及风蚀沙尘时空变化环境演变

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2021年春季塔里木盆地典型沙尘天气过程气溶胶垂直分布及传输

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干旱区研究 2025年第1期42卷 14-26页

作者：田文君薛一波张小啸雷加强李生宇范敬龙张恒中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 塔克拉玛干沙漠生态系统新疆野外科学观测研究站新疆且末841900

利用2021年4月下旬塔克拉玛干沙漠腹地激光雷达观测资料,结合ERA5再分析资料、HYSPLIT模式和环境监测及气象观测站的数据,分析沙尘气溶胶光学信息的垂直分布特征,对塔里木盆地大范围沙尘天气的产生原因、发展过程、潜在来源和传输路径... 详细信息

利用2021年4月下旬塔克拉玛干沙漠腹地激光雷达观测资料,结合ERA5再分析资料、HYSPLIT模式和环境监测及气象观测站的数据,分析沙尘气溶胶光学信息的垂直分布特征,对塔里木盆地大范围沙尘天气的产生原因、发展过程、潜在来源和传输路径进行探讨。结果表明:沙漠腹地在4月19日20:00—21日14:00和22日14:00—26日18:00出现了两次强沙尘天气过程,沙尘集中分布在0~5 km高度,0~2 km消光系数>0.3 km^(-1);退偏比>0.6,远高于沙尘气溶胶的判定阈值0.31;两次沙尘天气过程均受高空低槽和地面冷空气共同影响,第一次沙尘天气过程主要由翻越天山的冷空气导致,喀什、和田和阿克苏均出现扬沙天气,和田PM_(10)浓度于22日达到峰值3763μg·m^(-3),沙尘来自盆地西部;第二次沙尘天气主要来源于盆地东北处的冷空气入侵,库尔勒和阿克苏的PM_(10)浓度于25-26日突增至1200μg·m^(-3)以上,沙尘源区位于沙漠腹地、盆地东北部及北部;第二次沙尘天气过程的污染传输高度更高、持续时间更长且影响范围更广。沙漠腹地塔中尘源丰富,沙尘天气期间沙尘气溶胶垂直分布超过4 km,沙尘传输高度显著大于沙尘天气高发区和田和民丰。

关键词：塔里木盆地沙尘天气气溶胶垂直分布激光雷达塔中 PM_(10)

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奎屯市大气VOCs浓度水平及物种的年变化

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干旱区地理 2019年第2期42卷 280-287页

作者：郭宇宏朱俏俏杨春杨荣江谷超张小啸刘文江田青新疆维吾尔自治区环境监测总站新疆乌鲁木齐830011 浙江省经济信息中心(浙江省应对气候变化和低碳发展合作中心) 浙江杭州310006 浙江大学环境科学与工程学科博士后流动站浙江杭州310027 奎屯市环境保护监测站新疆奎屯833200 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011

为获取到实时的大气挥发性有机物(VOCs)浓度组成及其日变化特征,2013—2015年在新疆奎屯市环境监测站高20 m的楼顶采用TH-300大气挥发性有机物快速在线监测仪器进行了为期3 a的观测。结果显示,奎屯市TVOCs浓度年均值范围66.0～80.7 ppbv... 详细信息

为获取到实时的大气挥发性有机物(VOCs)浓度组成及其日变化特征,2013—2015年在新疆奎屯市环境监测站高20 m的楼顶采用TH-300大气挥发性有机物快速在线监测仪器进行了为期3 a的观测。结果显示,奎屯市TVOCs浓度年均值范围66.0～80.7 ppbv,低碳烷烃、低碳稀烃、高碳烷烃、苯系物和高碳烯烃为主要的五类VOCs,其浓度之和占TVOCs浓度的84.1%。奎屯市冬季VOCs浓度值是年均值1.5倍、冬夏VOCs浓度相差3倍左右,与其他城市相比,大气挥发性污染物浓度水平整体是偏高。与前两年相比,2015年大气中卤代烃、苯系物、含氧(氮)VOCs的百分含量明显提升,分别上升15.6个百分点、6.5个百分点、5.9个百分点,大气VOCs有毒有害成分比例提升。由于在各类挥发性机物中,相同的条件下卤代烃与其它有机物相比,更容易发生光化学反应,因此,从卤代烃夏季含量很高的变化趋势看,奎屯市夏季发生光化学反应的能力不断增强。

关键词：大气VOCs 物种浓度水平年月季变化特征

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基于WRF-Chem模型的大气颗粒物沉降研究

基于WRF-Chem模型的大气颗粒物沉降研究

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第25届中国大气环境科学与技术大会暨中国环境科学学会大气环境分会2019 年学术年会

作者：张小啸雷加强王自发郭宇宏中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐 830011 中国科学院大气物理研究所北京 100029 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐 830011 中国科学院大气物理研究所北京 100029

大气颗粒物是大气气溶胶体系中分散的各种粒子,这些粒子在重力等作用下沉降到地球表面形成大气降尘.目前,连续可靠的全球大气降尘数据还较为欠缺,据估算：陆地区域平均沉降速率大概在10-200 t·km-2·a-1,比海洋沉降速率高出约... 详细信息

大气颗粒物是大气气溶胶体系中分散的各种粒子,这些粒子在重力等作用下沉降到地球表面形成大气降尘.目前,连续可靠的全球大气降尘数据还较为欠缺,据估算：陆地区域平均沉降速率大概在10-200 t·km-2·a-1,比海洋沉降速率高出约1-2个数量级(Zhang et al.,2010).西北干旱区是我国受沙尘影响最严重的地区之一,是观测大气颗粒物沉降的天然实验场.本研究基于定点观测数据和WRF-Chem数值模型,对西北新疆干旱区的大气降尘和沉降参数化方案进行分析研究.

关键词：大气颗粒物沉降 WRF-Chem 参数化方案

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奎屯市大气环境中O_3与VOC_s、NO_x的关系

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干旱区研究 2019年第3期36卷 734-742页

作者：郭宇宏朱俏俏杨春王海林张小啸刘文江杨荣江田青新疆维吾尔自治区环境监测总站新疆乌鲁木齐830011 浙江省经济信息中心浙江省应对气候变化和低碳发展合作中心浙江杭州310006 浙江大学环境科学与工程学科博士后流动站浙江杭州310027 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 奎屯市环境保护监测站新疆奎屯833200

以"奎屯—独山子—乌苏"区域重点城市奎屯为研究区域,利用2013—2015年O_3、VOC_s、NO_x监测数据,探讨奎屯市大气O_3与VOC_s、NO_x之间的关系。结果显示:2013—2015年依次出现33 d、14 d、10 d O_3超标现象,最大日均值分别为0... 详细信息

以"奎屯—独山子—乌苏"区域重点城市奎屯为研究区域,利用2013—2015年O_3、VOC_s、NO_x监测数据,探讨奎屯市大气O_3与VOC_s、NO_x之间的关系。结果显示:2013—2015年依次出现33 d、14 d、10 d O_3超标现象,最大日均值分别为0. 457 mg·m^(-3)、0. 396 mg·m^(-3)、0. 385 mg·m^(-3),夏季O_3污染较重,冬季和夏季O_3浓度值相差近2. 5倍; O_3浓度日间变化呈现倒"U"形分布,峰值出现在17:00左右;冬季和夏季VOC_s浓度相差近3倍,VOC_s小时值没有较明显的日变化规律,冬季VOC_s浓度最高而O_3浓度最低,两者反向作用不明显,但NO_x浓度与O_3呈现对称的反向作用,说明冬季奎屯市O_3的生成处于NO_x敏感区而非VOC_s敏感区;夏季VOC_s与NO_x变化趋势基本相同,O_3浓度水平处于高位,两者呈现对称的反向作用,说明夏季奎屯市O_3的生成同时处于VOC_s和NO_x敏感区,O_3生成受VOC_s及NO_x的交替控制。

关键词：大气环境 VOC_s O3 NO_x 奎屯新疆

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