沙尘“侦察兵”：中科光电激光雷达网让沙尘传输有迹可循

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。