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《中国海洋大学》 2011年
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沙尘天气对中国近海大气气溶胶干沉降通量的影响

闫涵  
【摘要】:每年春季暴发于中国西北地区的沙尘天气可以将沙尘气溶胶输送至我国东部海域,甚至北太平洋地区,从而对这些海区的生态系统产生影响,甚至导致春季水华发生时间的改变。沙尘天气影响下,大气气溶胶浓度、化学成分与粒径分布等物理和化学特性会发生改变,并最终影响海面的大气沉降通量。但是,针对沙尘天气对于我国近海大气气溶胶干沉降通量影响的系统研究还并不多见。本文通过与北非沙尘的对比,总结了亚洲沙尘在全球沙尘向海洋输送过程中的贡献;结合观测资料、气象资料、后向轨迹模型估算了沙尘天气影响下中国近海气溶胶的浓度、干沉降速率及干沉降通量;分析了沙尘传输路径上气溶胶浓度及干沉降通量的粒径分布特征;并通过数值模式模拟研究了典型沙尘事件对气溶胶及颗粒态无机氮浓度、干沉降通量时空变化特征的影响。主要结论如下: 1)利用青岛地区和济州岛地区气溶胶浓度和气象观测资料,分析了2001~(-2)007年黄海海域东西两岸PM_(10)的季节变化,以及沙尘天气时期黄海海域PM_(10)浓度、干沉降速率及干沉降通量。研究发现:①青岛地区和济州岛地区PM_(10)浓度具有相似的季节变化趋势。春季(尤其是在沙尘时期),两地区PM_(10)浓度具有较好的相关性,表明两地常常会受到同一天气过程的影响;进一步研究发现影响两地的沙尘多来自于内蒙古地区的沙尘源地。②2001~(-2)007年间,影响中国近海的亚洲沙尘次数呈波动下降趋势,这可能与东亚地区大气环流的变化有关。③沙尘期间,黄海海域PM_(10)干沉降速率约为3.38 cm s~(-1),变化范围为0.19-8.17 cm s~(-1)。PM_(10)干沉降速率的离散性很可能是由沙尘传输路径、传输距离及沙尘强度的差异引起气溶胶粒径分布等物理、化学特征变化造成的。④沙尘期间,黄海海域PM_(10)干沉降通量约为545.4 mg m~(-2) d~(-1),变化范围为68.5-2647.1 mg m~(-2) d~(-1),是以往研究中干沉降通量估算值的2~(-1)0倍。在沙尘事件多发的年份,本研究估算的春季沙尘期间黄海海域PM_(10)的干沉降总量最高值等于甚至超过以往一些研究估算的气溶胶沉降总量。这说明在沙尘频发年,该海域沙尘天气时期气溶胶干沉降量很可能对其全年沉降总量有很大的贡献。 2)利用中国北京、青岛和日本福冈3个地区的分级气溶胶浓度资料,分析了沙尘传输路径上气溶胶浓度和干沉降通量的粒径分布特征。结果表明,非沙尘时期,3个地区气溶胶浓度呈双峰分布,两个峰值分别出现在细颗粒(2.1μm)部分和粗颗粒(2.1-11μm)部分;沙尘时期,3个地区气溶胶浓度均趋于单峰分布,峰值位于粗颗粒部分,并且越靠近沙尘源地,这种趋势越明显。较强沙尘天气时期,粗颗粒部分的峰值浓度粒径从沙尘源地附近到黄海西岸、东岸呈逐渐变小趋势,但在一般沙尘天气时期,这种现象并不明显。沙尘时期和非沙尘时期,3个地区粗颗粒的干沉降通量均随粒径增加而增大,细颗粒的干沉降通量随粒径的变化不明显。 3)利用WRF-Chem模拟了2002年3月19日-25日一次典型沙尘事件,分析了典型沙尘事件时期中国近海大气气溶胶和颗粒态无机氮干沉降通量时空分布变化特征。结果表明,沙尘期间,黄海海域和东海海域PM_(10)干沉降通量最高值分别约为沙尘初始阶段的8.4倍和5.5倍。但是,此次沙尘期间,黄海海域颗粒态无机氮(NO_3~-和NH_4~+)的日均浓度和干沉降通量呈现出与东海海域相反的变化趋势。黄海海域NO_3~-和NH_4~+日均干沉降通量在沙尘期间呈现出下降趋势,其最低值分别约为沙尘初始阶段的3/5和1/6。在东海海域,NO_3~-和NH_4~+的干沉降通量在沙尘事件期间呈上升趋势,其最高值分别为沙尘初始阶段的4.1倍和2.6倍。这主要是因为输送至黄海海域的沙尘气团由于经过的地区大气中污染物较低,气团所携带的NO_3~-和NH_4~+的含量较少,使得黄海大气中颗粒态无机氮浓度和海面干沉降通量下降;到达东海海域的沙尘所经过的地区大气中污染物较高,沙尘气团携带了大量的NO_3~-和NH_4~+,使东海大气中颗粒态无机氮的浓度明显增加,其干沉降通量也相应增加。
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