2021年以来沙尘天气频发,我国西北、华北地区遭遇了多次大范围沙尘天气过程,其中4月中旬的沙尘天气甚至跨越长江,影响到江南地区。沙尘天气的爆发致使传输路径上的多数城市AQI持续爆表,对人们的生活产生不利影响。
如何实现对沙尘天气的提前感知和预警预报,每一次沙尘天气在国内的传输和扩散轨迹如何?作为区域沙尘天气立体观测“侦察兵”,中科光电激光雷达组网记录了每一次沙尘天气在全国的传输轨迹 。让我们跟随“侦察兵”的报告,对今年的主要沙尘天气进行回顾和盘点。
1月10日-15日沙尘过程分析
西北区域(甘肃)
图1 甘肃沙尘立体监测网部分雷达站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
1月10日-13日,河西地区多次出现短时沙尘传输过程。
1月10日,沙尘气溶胶分布高度随传输过程逐渐扩大至2km,粒子形态偏不规则型,沙尘传输速度在45km/h左右。
1月11日-13日,沙尘团为近地面传输,沙尘气溶胶多集聚1km内,河西西部地区主要为非球形粗粒子,河西东部地区球形细粒子占主导地位,沙尘团在阿克塞-玉门一带传输速度在20km/h左右,玉门-武威一带传输速度显著增大至49km/h左右。
1月13日午后至14日,各地沙尘强度较高,沙尘团分布在2km高度内,粒子形态高度不规则,沙尘传输速度在45km/h左右。
华东区域(江苏、浙江)
图2 华东地区雷达组网各站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
1月12日0时起,江苏北部和南部、浙江中部和南部先后监测到2.0km高度有沙尘传输并逐渐下沉至地面,沙尘平均移动速度约为38km/h。
江苏北部0.8km高度内以球形粒子为主,1.0km高度左右以非球形粗粒子为主;江苏南部、浙江中部、南部以非球形粗粒子为主。
3月15日-19日沙尘过程分析
西北区域(甘肃)
图3 甘肃沙尘立体监测网部分雷达站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
3月15日-18日,受蒙古强沙尘暴污染传输影响,甘肃省自西向东出现强沙尘天气,沙尘传输速率在玉门-武威一带达100km/h左右,武威-临夏一线传输速率明显减弱至20km/h左右,沙尘团主势力集聚1km内,各激光雷达500m内消光系数均突破阈值1km-1,多站点甚至高达4km-1,退偏振比接近阈值0.4,规则细粒子和不规则粒子占比较高,PM2.5和PM10均达到严重污染水平;期间仍有外源沙尘间歇性输送,致使各地沙尘污染反复。
3月19日,各地出现短时雨雪天气,沙尘污染逐渐消散。
4月12日-19日沙尘过程分析
西北区域(甘肃)
图4 甘肃沙尘立体监测网部分雷达站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
4月12日和4月15日,甘肃全省监测到两次沙尘天气,沙尘主势力集中在1km内,气溶胶形态偏不规则粗粒子型,12日沙尘传输速率在12-15km/h左右,15日沙尘传输速率显著增强至100-120km/h。
13日出现降水过程,污染快速消散;但16日扩散条件较差,导致浮尘天气持续。
华东区域(江苏、上海、浙江)
图5 华东地区雷达组网各站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
4月16日4时起,江苏南部、上海中部、浙江中部和南部依次监测到污染气团并逐渐影响地面,沙尘平均移动速度约为42km/h。
其中江苏南部、上海中部近地面先受到规则细粒子污染,随后转为不规则粗粒子污染。
浙江中部及南部近地面以不规则的粗粒子为主,尤其浙江南部的粗粒子极不规则,退偏比达到0.4以上。
4月25日-26日沙尘过程分析
西北区域(甘肃)
图6 甘肃沙尘立体监测网部分雷达站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
4月25日-26日,受强冷空气活动影响,甘肃省自河西东部向南部地区相继监测到强沙尘输入,1km内规则细粒子含量骤增,同时粒子不规则度明显增大,沙尘传输速率为20km/h。
26日各地细粒子污染逐渐降低,但粒子不规则程度依然较高。
5月4日-8日沙尘过程分析
西北区域(甘肃)
图7 甘肃沙尘立体监测网部分雷达站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
5月5-7日,甘肃省监测到两次间歇性短时沙尘过程,其中5日沙尘范围较大,沙尘传输速率达80km/h左右,沙尘团高度在传输过程中逐渐降低至1.5km,主要为非球形粗粒子。
7日沙尘范围集中在中部地区,沙尘传输速率达50km/h左右,沙尘团多分布在500m高度内,球形粒子含量较高,午后各地沙尘污染逐渐消散。
华东区域(江苏、上海、浙江)
图8 华东地区雷达组网各站点消光系数(左)
和退偏振比(右)反演图
5月5日0时起,江苏北部和南部、上海中部、浙江中部先后在1.5km高度监测到污染气团传输并于5时左右下沉至地面,沙尘平均移动速度约为171km/h。其中江苏北部和南部以球形粒子为主,上海中部、浙江中部以非球形粗粒子为主。
7日3时起,江苏北部和南部、浙江中部在2.0-3.0km高度内监测到沙尘团,其中江苏北部球形粒子含量较高,但0.4km高度以下主要为非球形粗粒子。
总 结
激光雷达组网发挥其全面监控每次沙尘过程的空间分布、传输特征、气溶胶特性等的优势,实现对污染传输过程的精细立体监测,同时对污染传输情况进行提前预判,为研究区域污染物的累积与输送提供有力的技术手段,并对区域的大气污染联防联控提供有效支持。
2021年以来,全国共经历6次大范围的强沙尘传输过程。
甘肃省沙尘传输路径主要为北路和西北路,当出现沙尘暴天气时,影响范围较广,气溶胶粒子多集聚在500m高度内,主要为规则球形粒子(不规则粗粒子不利于远距离传输),传输速率与天气形势相关;当出现强沙尘天气时,气溶胶粒子多分布在1km高度内,沙源地周边城市主要为不规则粗粒子,其余城市球形粒子和不规则粗粒子占比相当,甚至球形粒子占主导;沙尘污染较强时,影响范围缩小,气溶胶粒子多分布在2km高度内,主要为不规则粗粒子。
华东地区则均受到北部沙尘传输贡献,其中1月和4月沙尘平均移速相当,5月沙尘平均移速最快。沙尘传输高度基本在2km以内,且逐渐下沉,最终造成地面监测数据(主要是粗颗粒物数据)升高;污染气团多以不规则粗粒子为主,但在部分地区、部分时段以规则细粒子为主;沙尘影响时间均超过3天。
[来源:无锡中科光电技术有限公司]
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