基于多源数据探究塔克拉玛干沙漠及周边地区沙尘气溶胶的时空分布特征及传输规律

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沙尘气溶胶作为气溶胶中最大的组分,不仅能通过直接、间接效应影响地球系统的能量收支平衡,还能通过改变大气化学过程,进而影响温室气体的浓度以及分布。位于我国新疆南部的塔克拉玛干沙漠(Taklimakan Desert,TD)是东亚沙尘的主要来源,其春季沙尘对南疆当地的空气质量影响严重,且其沙尘可被抬升至行星边界层以上进行远距离输送进而影响传输路径地区上的空气质量。因此,开展对TD及周边地区沙尘气溶胶时空分布特征及主要传输路径的探究十分重要。本文综合利用了卫星遥感、再分析数据、气象数据等,探究了2020年TD及周边地区沙尘气溶胶的时空分布特征及主要传输路径,主要研究内容如下:(1)基于MERRA-2(The Second Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)再分析数据和MISR(Multi-angle Imaging Spectroradiometer)遥感数据,探究了TD及周边地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)的分布特征,分析了沙尘气溶胶数据与PMF(Positive Matrix Factorization)源解析结合颗粒物监测浓度之间的关系,基于此对TD及周边地区沙尘气溶胶进行了时空分布特征的分析,结果表明:在空间分布上,沙尘气溶胶光学厚度(Dust AOD,DAOD)的高值区主要在TD的西北部,即阿克苏的西南部、喀什的东北部、和田的西北部,呈现出四周低、中间高,东南低、西北高的分布特征,且阿克苏地区始终为DAOD的高值区,在时间变化上,DAOD在春季(0.25)>夏季(0.22)>秋季(0.2)>冬季(0.06),其与风速的季节变化相吻合,最后通过?ngstr?m指数、DAOD和AOD的比值探究了TD及周边地区气溶胶粒径的分布特征,结果表明TD及周边地区主要以粗粒子为主,且北部地区气溶胶粒径大于南部地区。(2)利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)星载激光雷达气溶胶廓线和层产品探究了TD及周边地区沙尘气溶胶的垂直分特征。结果表明消光系数(Extinction Coefficient,EC)在TD及周边地区上空随海拔高度增加而减少,EC整体在春季最高、夏季最低,春季近地面(<2km)EC高值可达0.52km-1,升至5km处的值降低到0.02km-1。此外,春季退偏比的垂直分布表明,TD及周边地区的上空存在两个明显的沙尘层,低空的沙尘层主要分布在0-2km,在和田地区上空有明显的抬升(4-6km),高空中的沙尘层主要分布在8-12km,表明TD上空沙尘具备远距离传输的条件;(3)基于HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型探究了TD沙尘气溶胶在不同高度上的主要传输路径。结果表明,TD沙尘在0.5km、1km、2km高度上的传输方向主要从沙漠中心向西北传输,经过阿克苏地区南部进而向巴州地区输送,在3km、4km、6km高度上的传输主要从沙漠中心向东输送,由巴州地区东部离开新疆继而途经青海、甘肃、陕西、宁夏、内蒙古等地,该输送过程可能会对途经地区的空气质量造成影响。
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