图47-1为北京2006年3月28日—4月28日期间监测的PM 2.5和TSP的日均质量浓度。PM 2.5和TSP浓度的日变化差异很大，说明两者可能有不同的来源和不同的大气过程及传输路径。在这期间，观测到2次沙尘暴。第一次为4月8—11日，定义为DS1；第二次为4月17—18日，定义为DS2。在靠近北京的天津市通过飞机航测，也观测到了这2次沙尘暴，发现DS1是相对影响范围较小的沙尘暴［7］，而DS2则为一次强沙尘暴［7，8］，影响波及韩国［9］，甚至跨过太平洋传至北美［10］。MODIS传感器也分别在4月10日和17日观测到这2次沙尘暴（图47-2）。卫星图像显示，这2次沙尘事件，都影响到了中国东北部至渤海湾的广大区域。相较而言，DS2的强度和影响范围都比DS1大。在DS1期间，PM 2.5和TSP的日均质量浓度，分别为222.1和459.2μg·m-3，变化范围分别为75.2～377.5和355.0～672.1μg·m-3。DS2期间的PM2.5和TSP日均质量浓度，分别为310.9和683.3μg·m-3，强度大于DS1。相对于非沙尘时期（ND），即除DS1和DS2的其余日期，大气气溶胶浓度升高了2～3倍，表明了在此期间有大量外来沙尘的入侵。
图47-1 北京沙尘时期PM2.5和TSP质量浓度的日变化图中以阴影标注2次沙尘暴时期（DS1和DS2）。
图47-2 MODIS传感器分别在4月10日（左图）和17日（右图）拍摄的沙尘暴卫星图片（彩图见图版第33页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）
图47-3 在本研究期间温度、露点、相对湿度、风向、风速、能见度以及SO2和NO2浓度的日变化情况
图47-3显示了本研究期间的气象参数及痕量气体SO2和NO2的日均浓度。此期间温度无大波动，露点温度和相对湿度则变化很大，两者都在沙尘事件的前一两天达到最低值，说明了北方冷气团入侵的影响。2次沙尘事件期间，大气平均相对湿度都达到了约60%（表47-1），这情况显著区别于2001、2002和2004年北京的沙尘暴事件。在沙尘暴期间，空气中水汽含量往往非常低［11 13］。沙尘气溶胶和污染物前体物发生混合时，较高的相对湿度有利于沙尘颗粒表面的化学反应和二次气溶胶的形成。此外，沙尘期间风速相对较低，仅为2.2～2.5 m·s-1，同样也不同于通常沙尘暴事件伴随着较大风速。沙尘暴期间近地面风速并不大，可归因于沙尘主要来自高层西北风的传输，以及北京当地少量的扬尘［14］。相对较低的风速可导致较稳定的大气层结，不利于沙尘及污染物的扩散。图47-3显示了污染气体SO2、NO2与能见度的时间变化。在大多数情况下，SO 2和NO2与能见度呈相反的变化趋势，表明气-固转化的化学过程是影响能见度的主要因素。在整个研究期间，共出现3个低能见度阶段。第一个阶段为4月1—3日，此期间能见度大多低于5 km，日均SO2和NO2浓度所达到的峰值，分别为108和125μg·m-3，与上海2007年1月19日发生重霾时的浓度水平（194和123μg·m-3）相当［15］，表明低能见度是由当地污染物的光化学反应所引起。另外2个低能见度阶段出现在2次沙尘事件期间，平均能见度仅为4 km（表47-1），明显由于大量的沙尘颗粒物所造成。此期间，污染气体的浓度同样较高，SO 2和NO 2在DS1期间的平均浓度分别为40.5和62.6μg·m-3，DS2期间分别为53.4和58.2μg·m-3，在非沙尘期间则分别为35.3和52.9μg·m-3。这表明，气-固转换过程所形成的二次气溶胶，对消光和能见度恶化的效应依然存在。这一效应会被高浓度的沙尘气溶胶所影响。通过飞机航测同样观测到，北京在4月9日沙尘暴时期，有类似霾的天气［7］。沙尘暴期间出现的高浓度气体污染物，可能是由于当地排放的增加，或者由于来自外地的传输，加之不利于扩散的气象条件，即较低的风速和较高的相对湿度等，也是造成污染气体浓度较高的原因。
表47-1 2次沙尘事件（DS1、DS2）和非沙尘时期（ND）各类气象因子（温度、露点、相对湿度、气压、能见度、风速）的平均值(www.xing528.com)
基于美国国家海洋以及空气资源实验室开发的HYSPLIT4扩散传输模型，进行后向轨迹分析。2次沙尘事件都起源于蒙古和内蒙古境内的戈壁（图47-4）。由数值模拟［8］和INTEX-B[1]项目的观测结果［10］，也得出同样的结论。Ca／Al元素比值，可用于表征不同的亚洲沙尘来源［12］。DS1和DS2的Ca／Al相近，分别为0.91和0.87，与西北戈壁沙尘源区的Ca／Al比值（1.09±0.13）非常接近，说明DS1和DS2大致都起源于西北戈壁沙尘源区。但是，边界层高度内500 m高空的后向轨迹显示，2次沙尘的气流运动轨迹并不相同（图47-4）。DS2的气流来自西北部，运动方向与1 500和3 000 m高度上的气流几乎一致；而DS1则来自中国东北部［图47-4（b）］，经过人口和重工业较为集中的区域。图47-5为DS1期间通过MODIS卫星传感器观测到的中国东北部火点图，由此发现这一期间内该区域有大量火点存在。该区域植被稠密，在边界层内传输的气团很可能受到生物质燃烧气溶胶的影响。上述结果说明，DS1和DS2尽管源区大致相同，但是传输路径不同，两者的气溶胶化学就有很大不同。
图47-4 北京72 h气团后向轨迹图（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）
（a）4月8日（DS1）；（b）4月17日（DS2）。图内部分外文含义参见127页图9-6图注和192页13-6图注。
图47-5 MODIS反演的地面火点图（彩图见图版第34页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）
图中红点为火点，黑色五角星为北京观测点。
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