基于气象数据确定沙尘源区

因为沙尘天气现象直接由水平能见度来区分，在此利用3 h间隔的能见度资料，来确定2次沙尘高峰期间的沙尘来源。为了更清楚地说明这一问题，利用NOAA空气资源实验室开发的HYSPLIT4气象模型，计算了这次沙尘气团24 h的等熵后向轨迹［13（］图58-3）。从沿气团的传输轨迹，选取了多个站点，同时选取了二连浩特和多伦2个站，用来分析位于北京西北和北部沙源的可能性。3月19日当地时间8:00，沙尘暴首先出现在蒙古南部和新疆北部，随后迅速到达巴丹吉林附近的额济纳旗，然后向东南移动到内蒙古西部的海力素、吉兰泰和乌拉特中旗。20日，沙尘暴向东到达呼和浩特、大同和张家口，最后到达北京。3月19—21日，在新疆、内蒙古西部和甘肃站点（如额济纳旗和民勤），能见度只有一个谷值，最低达到800 m；而在内蒙古中部如吉兰泰、海力素和乌拉特中旗，却有2个谷值：第一个出现在19日下午，与额济纳旗的能见度变化相似，最低的能见度甚至达到500 m以下；第二个谷值出现在20日中午，但是能见度基本都在10 km以上。这说明，在这些地区，只有19日下午的一次沙尘过程。结合模式模拟的起沙通量之分布变化，可以将新疆东北部、甘肃省、内蒙古中西部和蒙古国西部的戈壁沙漠这些地区，确定为这次沙尘暴的第一个源区（SourceⅠ，图58-3，以下简称为SⅠ）。其中包括了先前研究［14］所论及的中国西北部沙漠的一部分、中国北部沙漠高粉尘区的全部和低粉尘区的西部。但是，沿气团传输路径从呼和浩特到北京的站点上，能见度都有2个谷值，都达到了10 km以下。呼和浩特和北京能见度的第一个谷值比第二个低很多；而在张家口，2个谷值比较接近，表明沙尘暴在第一个阶段要强于第二个，与北京TSP的观测结果比较一致（图58-2）。位于北京西北部的二连浩特能见度也在20日早上和下午出现2个谷值。在这一地区的沙尘，很可能在盛行的西北风驱动下，传输到北京。能见度的变化说明，20日早上在蒙古国和内蒙古东南部、山西和河北北部地区，有一次起沙过程，扬起的沙尘补充了来源于戈壁沙漠的沙尘暴。20日下午，在这个地区又发生了一次较弱的起沙过程，与前述的起沙通量模拟结果也比较一致。这一地区可以确定为这次沙尘暴的第二个源区（SourceⅡ，图58-3，以下简称为SⅡ）。沙尘暴到达多伦的时间与到达北京的时间相同，只是在多伦保持同一强度一直持续到当地时间23:00。起源于这一地区的沙尘，很难对北京的第一个沙尘高峰有贡献，但是在西北风的驱动下，可能会对第二次高峰提供一定量的沙尘，因此可以并入第二个源区（SourceⅡ）。

图58-3　（a）2002年3月20日当地时间15:00以北京为起点计算的24 h后向轨迹、沙尘源区和站点分布。1：乌鲁木齐；2：哈密；3：额济纳旗；4：民勤；5：吉兰泰；6：海力素；7：乌拉特中旗；8：呼和浩特；9：大同；10：张家口；11：北京；12：二连浩特；13：多伦。（b）中国主要沙漠和先前研究［14］所论及的3个源区：Ⅰ：中国西北部沙漠；Ⅱ：中国北部沙漠高粉尘区；Ⅲ：中国北部沙漠低粉尘区。（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）(www.xing528.com)

从沙尘源区SⅠ和SⅡ沙尘暴的发生时间和强度可以看出，3月19日在SⅠ发生的沙尘暴强度最强，并保持同一强度达10 h，向大气中提供了大量沙尘；当沙尘暴移动到源区SⅡ时，尽管此源地提供了新沙尘，但是沙尘暴的强度已经降低；最后沙尘暴在3月20日早上到达北京，并造成了TSP的第一次高峰（峰Ⅰ，PeakⅠ，图58-2，以下简称为PⅠ），源区SⅡ的起沙过程，主要发生在20日的下午和晚上。这些沙尘和第一次沙尘过程过后悬浮在北京大气中的沙尘，是北京TSP第二次高峰（峰Ⅱ，PeakⅡ，图58-2，以下简称为PⅡ）的主要贡献者。