沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境影響

前言

　　這是一首描寫草原風(fēng)光的千古絕唱，形象生動(dòng)地描繪了草原上水草茂盛和牛羊肥壯的景象。然而，人類對(duì)大自然毫無節(jié)制地索取，盲目開墾，過度放牧，導(dǎo)致土地退化，荒漠化擴(kuò)展，沙化加劇，破壞了大自然生態(tài)系統(tǒng)的自然演變規(guī)律，導(dǎo)致沙塵天氣現(xiàn)象頻繁發(fā)生?！　≡谖覈鞅备珊?、半干旱地區(qū)，每年春季由于荒漠化擴(kuò)展、土地沙化嚴(yán)重以及沙塵天氣的肆虐，一望無際的廣闊草原已是“天蒼蒼，沙茫茫，風(fēng)吹沙地掩牛羊”了，很多地方是荒漠化、沙漠化的荒涼景象，赤地千里，觸目驚心，每年春季大風(fēng)一刮，昏天黑地，沙塵飛揚(yáng)。　　沙塵天氣是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，有著巨大的破壞力，每年由于沙塵天氣給國家和人民帶來的經(jīng)濟(jì)損失是巨大和難以估量的。沙塵天氣是特定氣象條件和特殊的地質(zhì)地理?xiàng)l件下的產(chǎn)物，是發(fā)生在干旱地區(qū)、半干旱地區(qū)、荒漠化地區(qū)和農(nóng)牧交錯(cuò)帶的特有的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，在我國古代史書中早有記載。

內(nèi)容概要

本書對(duì)影響我國的沙塵天氣的時(shí)空分布特征、長期演變特點(diǎn)、下墊面狀況和影響沙塵天氣發(fā)生的主要因子等進(jìn)行了詳細(xì)分析，揭示了影響我國沙塵天氣潛在沙塵源區(qū)的位置和沙塵的傳輸路徑，提出了沙塵天氣潛在沙塵源地的概念并對(duì)其進(jìn)行合理分類；通過對(duì)2000～2006年發(fā)生的影響我國的典型沙塵天氣過程的仔細(xì)分析，探討了影響我國的沙塵天氣的天氣與氣候背景；介紹了利用衛(wèi)星遙感、激光雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)開展的對(duì)沙塵天氣的監(jiān)測，并結(jié)合典型沙塵天氣個(gè)例進(jìn)行了分析；利用環(huán)境保護(hù)部公布的空氣質(zhì)量日報(bào)、收集到的北京地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測資料、AERONET和ACE—Asia試驗(yàn)期間東亞地區(qū)若干觀測點(diǎn)的大氣顆粒物濃度監(jiān)測和化學(xué)成分分析結(jié)果以及TOMS衛(wèi)星逐日大氣氣溶膠指數(shù)等資料，對(duì)強(qiáng)沙塵天氣及其對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析，特別是分析了沙塵天氣對(duì)北京地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響；介紹了沙塵天氣數(shù)值模擬的進(jìn)展和最新成果，開展對(duì)典型過程的模擬研究；在對(duì)沙塵源區(qū)進(jìn)行設(shè)點(diǎn)采樣的基礎(chǔ)上，完成了沙塵天氣期間沙塵顆粒物的理化特征分析。    本書可供環(huán)境保護(hù)、氣象、農(nóng)業(yè)、自然地理等領(lǐng)域的研究人員、政府部門決策人員、相關(guān)專業(yè)高校師生參考。

作者簡介

　　任陣海，環(huán)境科學(xué)專家?，F(xiàn)任中國環(huán)境科學(xué)研究院氣候變化影響研究中心總工程師。1955年畢業(yè)于北京大學(xué)。1995年當(dāng)選為中國工程院院士。20世紀(jì)50年代末，參加國家戰(zhàn)略作物防寒害工程，從事云霧催化工程。60年代以來，受命組織軍事環(huán)境研究，倡議建立大氣環(huán)境實(shí)驗(yàn)基地；創(chuàng)造性地解決建立適宜模型、發(fā)展探測技術(shù)、獲取綜合參數(shù)等大氣環(huán)境研究的關(guān)鍵問題；在國內(nèi)最早組織開展大氣環(huán)境航測研究，特別關(guān)注邊界層中、下層（包括市區(qū)尺度）的區(qū)域性研究，最早組織開展大氣顆粒物沉降速度測量和S02轉(zhuǎn)化率的實(shí)驗(yàn)研究，填補(bǔ)了該學(xué)科的空白。建立大氣環(huán)境容量理論，解決了環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境污染控制的難點(diǎn)問題，應(yīng)用于多個(gè)區(qū)域性經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的調(diào)控；首次揭示我國與跨國大氣輸送宏觀規(guī)律；創(chuàng)立大氣環(huán)境資源背景場：主持氣候變化對(duì)我國環(huán)境影響研究：開展利用衛(wèi)星資料研究陸面生態(tài)變化的研究工作?！　「邞c先，1962年出生于山西太原，在南京氣象學(xué)院（現(xiàn)南京信息工程大學(xué)）獲得學(xué)士和碩士學(xué)位，在中國科學(xué)院大氣物理研究所獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)為中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員，長期從事大氣環(huán)境與氣候變化方面的研究工作?！　≡鵀槁?lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第四次氣候變化綜合評(píng)估報(bào)告的主要作者和特別報(bào)告《溫室氣體清單指南，2006》的主要作者：現(xiàn)任聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCC）秘書處溫室氣體清單質(zhì)量評(píng)審專家，國家氣候委員會(huì)氣候影響評(píng)價(jià)與對(duì)策分委員會(huì)副主任委員等。先后在日本筑波、美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校、美國國家宇航局空間飛行中心和馬里蘭大學(xué)進(jìn)行訪問學(xué)習(xí)，開展大氣氣溶膠，特別是沙塵暴期間的大氣氣溶膠理化特征，及利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測沙塵天氣和沙塵天氣數(shù)值模擬等方面的研究合作。并先后參與、主持多項(xiàng)國家973計(jì)劃課題、國家科技攻關(guān)項(xiàng)目、環(huán)境保護(hù)部和地方環(huán)境保護(hù)局科技專項(xiàng)課題等，發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文、出版多部學(xué)術(shù)專著。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1．1  引言  1．2  沙塵天氣的概念、影響因素及劃分    1．2．1  沙塵天氣的概念    1．2．2  沙塵天氣的影響因素    1．2．3  沙塵天氣的等級(jí)劃分    1．2．4  沙塵天氣過程的劃分  1．3  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀    1．3．1  沙塵天氣的時(shí)空分布特點(diǎn)和傳輸路徑    1．3．2  沙塵天氣的天氣氣候背景分析    1．3．3  沙塵起沙物理機(jī)制、傳輸和沉降的數(shù)值模擬研究    1．3．4  沙塵天氣的遙感探測研究    1．3．5  沙塵天氣的野外觀測、監(jiān)測系統(tǒng)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究    1．3．6  沙塵氣溶膠的成分分析和理化特性分析    1．3．7  沙塵天氣的危害、影響及對(duì)策研究  主要參考文獻(xiàn)第2章  我國沙塵天氣的特點(diǎn)  2．1  我國沙塵天氣的空間分布  2．2  我國沙塵天氣的歷史演變趨勢    2．2．1  南疆沙塵天氣的歷史演變    2．2．2  北疆沙塵天氣的歷史演變    2．2．3  甘肅、寧夏和青海沙塵天氣的歷史演變    2．2．4  內(nèi)蒙古中西部沙塵天氣的歷史演變  2．3  我國沙塵天氣的季節(jié)變化  2．4  影響沙塵天氣的因子分析    2．4．1  影響我國沙塵天氣的天氣系統(tǒng)    2．4．2  降水對(duì)沙塵天氣的影響    2．4．3  大風(fēng)對(duì)沙塵天氣的影響    2．4．4  沙塵源區(qū)氣候變化特點(diǎn)    2．4．5  水資源利用不合理對(duì)沙塵天氣的影響    2．4．6  其他不合理人類活動(dòng)對(duì)沙塵天氣的影響  2．5  結(jié)論  主要參考文獻(xiàn)第3章  影響我國的沙塵天氣的源地及其傳輸路徑  3．1  影響我國的沙塵天氣的源地及其分類    3．1．1沙塵天氣源地的定義    3．1．2沙塵源地的分類  3．2  影響我國及北京的沙塵天氣的傳輸路徑    3．2．1  影響我國的沙塵天氣的傳輸路徑    3．2．2  影響北京的沙塵源地和傳輸路徑分析  3．3  源區(qū)地表狀態(tài)及其變化    3．3．1  沙漠與戈壁    3．3．2  黃土    3．3．3  農(nóng)牧交錯(cuò)帶    3．3．4  沙塵源區(qū)地表土壤粒徑分析  3．4  沙塵源地的地表植被指數(shù)特征及其演變    3．4．1  綠色植物的光學(xué)特性    3．4．2  植物的反射率隨波長與葉子中葉綠素含量的關(guān)系    3．4．3  歸一化植被指數(shù)    3．4．4  AVHRR—NDVI數(shù)據(jù)國內(nèi)外使用情況    3．4．5  沙塵源區(qū)NDVI特征及其演變  3．5  結(jié)論  主要參考文獻(xiàn)第4章  影響我國的沙塵天氣的天氣與氣候背景分析  4．1  典型沙塵天氣的天氣與氣候背景分析    4．1．1  2000年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．2  2001年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．3  2002年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．4  2003年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．5  2004年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．6  2005年沙塵天氣的天氣與氣候背景    4．1．7  2006年沙塵天氣的天氣與氣候背景  4．2  結(jié)論  主要參考文獻(xiàn)第5章  沙塵天氣的衛(wèi)星遙感監(jiān)測與分析  5．1  我國沙塵暴衛(wèi)星遙感監(jiān)測研究進(jìn)程和現(xiàn)狀    5．1．1  我國沙塵災(zāi)害衛(wèi)星遙感監(jiān)測研究進(jìn)程    5．1．2  衛(wèi)星遙感監(jiān)測在沙塵災(zāi)害研究中的重要作用  5．2  沙塵天氣衛(wèi)星遙感監(jiān)測概述    5．2．1  衛(wèi)星云圖與沙塵光學(xué)特性    5．2．2  沙塵天氣衛(wèi)星遙感原理    5．2．3  沙塵天氣衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源及特點(diǎn)分析    5．2．4  沙塵天氣衛(wèi)星遙感監(jiān)測的技術(shù)方法    5．2．5  沙塵源地及移動(dòng)路徑遙感監(jiān)測    5．2．6  沙塵信息遙感定量提取研究  5．3  利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測沙塵天氣典型個(gè)例分析    5．3．1  利用MODIS監(jiān)測沙塵天氣    5．3．2  利用靜止衛(wèi)星資料跟蹤沙塵天氣的發(fā)生、發(fā)展及傳輸    5．3．3  利用TOMS資料分析沙塵天氣    5．3．4  利用AVHRR資料分析沙塵天氣    5．4  沙塵天氣遙感監(jiān)測的研究發(fā)展    5．4．1  多平臺(tái)遙感數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用    5．4．2  多學(xué)科交叉滲透與研究深度、廣度的強(qiáng)化    5．4．3  地基遙感和衛(wèi)星遙感綜合研究  5．5  結(jié)論  主要參考文獻(xiàn)第6章  利用激光雷達(dá)監(jiān)測沙塵天氣  6．1  國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀  6．2  激光雷達(dá)分類與組成結(jié)構(gòu)    6．2．1  Mie散射激光雷達(dá)的組成    6．2．2  NIEs型激光雷達(dá)系統(tǒng)組成及其工作原理  6．3  激光雷達(dá)方程及其反演方法  6．4  NIES型激光雷達(dá)判斷沙塵暴的標(biāo)準(zhǔn)  6．5  NIES型激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的解析方法  6．6  利用NIEs型激光雷達(dá)對(duì)沙塵天氣進(jìn)行監(jiān)測      6．6．1  沙塵暴過程中沙塵源區(qū)黃沙的分布高度、厚度、持續(xù)時(shí)間等特征    6．6．2  沙塵暴過程中沙塵源區(qū)沙塵氣溶膠質(zhì)量濃度的垂直分布    6．6．3  沙塵影響區(qū)(北京)2001年春季NIES型激光觀測結(jié)果    6．6．4  沙塵過程的大氣顆粒物質(zhì)量濃度的計(jì)算    6．6．5  與地面監(jiān)測結(jié)果的比較    6．6．6  其他觀測結(jié)果分析    6．6．7  與日本激光雷達(dá)觀測結(jié)果的比較  6．7  結(jié)論  主要參考文獻(xiàn)第7章  沙塵天氣的區(qū)域污染特征及對(duì)北京大氣環(huán)境質(zhì)量的影響  7．1  沙塵天氣的區(qū)域污染特征    7．1．1  空氣污染指數(shù)的長期演變與區(qū)域特征    7．1．2  沙塵天氣傳輸路徑上污染特征和顆粒物粒徑分布特征      7．1．3  2002年典型沙塵天氣大氣污染監(jiān)測分析  7．2  沙塵天氣對(duì)北京大氣環(huán)境質(zhì)量的影響    7．2．1  北京地區(qū)沙塵天氣的時(shí)空分布    7．2．2  對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響    7．2．3  沙塵天氣中北京大氣沙塵氣溶膠的粒徑分布特征    7．2．4  北京及上游源區(qū)降塵分析  7．3  結(jié)論    主要參考文獻(xiàn)第8章  沙塵天氣數(shù)值模擬的研究與討論  8．1  沙塵天氣數(shù)值模擬的研究進(jìn)展  8．2  模型簡介    8．2．1  GOCART模式系統(tǒng)    8．2．2  第三代區(qū)域氣候模式RegCM3系統(tǒng)    8．2．3  Models-3模式系統(tǒng)  8．3  模擬結(jié)果與討論    8．3．1  GOCART模式模擬結(jié)果與討論    8．3．2  RegCM3模式模擬結(jié)果與討論    8．3．3  Models-3模式模擬結(jié)果與討論  8．4結(jié)果討論    主要參考文獻(xiàn)第9章  沙塵天氣理化特征分析  9．1  分析沙塵天氣常用的化學(xué)分析手段和方法介紹    9．1．1  顆粒物樣品采集的常用方法    9．1．2  常用的顆粒物化學(xué)成分的分析方法    9．1．3  氣溶膠化學(xué)成分信息的處理方法  9．2  我國沙塵源區(qū)土壤化學(xué)成分分析    9．2．1  樣品采集與分析    9．2．2  源區(qū)土壤元素分布規(guī)律  9．3  我國沙塵源地氣溶膠化學(xué)成分特征  9．4  典型沙塵事件沙塵氣溶膠化學(xué)特征分析    9．4．1  2000年我國沙塵暴的組成、來源、粒徑分布    9．4．2  元素?cái)?shù)據(jù)揭示的沙塵暴的幾個(gè)階段    9．4．3  北京沙塵氣溶膠化學(xué)成分分析    主要參考文獻(xiàn)彩圖

章節(jié)摘錄

　　沙塵天氣是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，有著巨大的破壞力，每年由于沙塵天氣給國家和人民帶來的經(jīng)濟(jì)損失是巨大和難以估量的。沙塵天氣作為一種氣象災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境問題，早已引起世界各國的注意。沙塵天氣是特定氣象條件和特殊地理環(huán)境下的產(chǎn)物，是發(fā)生在干旱地區(qū)、半干旱地區(qū)、荒漠化地區(qū)和農(nóng)牧交錯(cuò)帶特有的一種災(zāi)害性現(xiàn)象。沙塵天氣發(fā)生時(shí)，飛沙走石、天色昏暗、空氣渾濁，大氣水平能見度差，一般情況下1km之外的景物難以辨認(rèn)，強(qiáng)和特強(qiáng)的沙塵暴發(fā)生時(shí)甚至伸手不見五指。在我國西北地區(qū)，沙塵天氣是一種比較常見的現(xiàn)象，老百姓又稱之為“風(fēng)沙”、“黃風(fēng)”或“黑風(fēng)暴”等?！　∮捎诟珊?、半干旱地區(qū)地表植被稀疏，再加上人類活動(dòng)的干擾，土地退化嚴(yán)重，地表面裸露面積擴(kuò)大，沙化面積擴(kuò)展迅速，形成大量潛在沙源地，在適當(dāng)?shù)奶鞖鈼l件下便可形成沙塵天氣，從而影響我國北方大部分地區(qū)。作為一種具有強(qiáng)大破壞力的災(zāi)害性現(xiàn)象，我國古代史書中就將沙塵現(xiàn)象作為一種災(zāi)害記錄下來，距今3000多年以前，我國史書中就有關(guān)于沙塵現(xiàn)象的記載，如“黃風(fēng)自西北來，拔樹發(fā)屋”，“飛沙如雨”，《宋史》記載的“宋真宗天禧四年四月丁亥，大風(fēng)起西北，飛砂折木，晝晦數(shù)刻，五月乙卯，暴風(fēng)起西北，有聲，折木吹砂，黃土蔽天”，所描述的就是春季在我國西北地區(qū)發(fā)生沙塵暴時(shí)飛沙走石、摧朽拔木、遮天蔽日的情景?！　　洞呵铩ぷ髠鳌分杏杏涊d：“晉烈公二十二年，國大風(fēng)，晝昏，自旦至中?！蹦纤卫碜诮B定六年甘肅、內(nèi)蒙古有“癸巳十二月，大風(fēng)霾，凡七晝夜”的記載，向人們描繪了當(dāng)時(shí)發(fā)生的一次持續(xù)時(shí)間長達(dá)7天7夜的強(qiáng)沙塵暴過程。

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