中蒙地区沙尘暴研究的若干进展

本文首先回顾了近20多年来我国沙尘暴研究的3个主要阶段,然后从沙尘观测、沙尘暴气候学、沙尘暴爆发和沙尘传输的环流型、沙尘暴活动的年代际变化和原因、以及待深入研究的问题等5方面简要评述了它的研究进展和问题. 指出中蒙沙尘主要来源于中国西北及蒙古国南部和西北部地区;随沙尘天气强度逐渐加强（即从背景大气到浮尘、扬沙、沙尘暴、强及特强沙尘暴）,它们的地面沙尘浓度约按3倍的比率依次递增;揭示了我国北方及蒙古国南部的七大沙尘暴多发区,沙尘暴主要出现在春季午后至傍晚间丰富的沙源,强风和不稳定的大气层结是形成沙尘暴的3个主要因子;中蒙地区沙尘暴爆发的环流主要有低压冷锋型和低压、冷锋加中尺度系统的强对流型两类,前者占绝大多数,后者是极少数,但为沙尘暴爆发短期预报的难点,沙尘的传输主要决定于低空环流型;近50年来中蒙地区的沙尘暴活动呈波动变化,而且中蒙中、东及西区三区系的变化不完全相同. 它们与北方风沙区生态环境恶化,特别是蒙古及日本海附近气旋频数的年代际变化有关;防御沙尘暴重点要抓上述七大多发区生态环境的治理及沙尘暴预警系统的建立,治理措施要因地制宜;要加强沙尘暴爆发和沙尘输送的数值预报和模拟研究.     

2000年春季沙尘暴动力学特征

综合分析研究2000年春季影响北京地区沙尘暴天气过程, 揭示了沙尘暴天气在起沙、扬沙、水平输送以及沉降过程中关键动力学问题. 研究结果表明, 2000年3~4月份影响北京地区沙尘暴过程起沙的动力条件与春季冷空气活动等气候因素有关, 并与北方土壤干土层面积、地面风场摩擦速度呈异常显著相关. 沙尘暴活动特征可用起沙-扬沙-远距离输送综合物理模型来描述. 研究结果为我国沙尘暴预报理论和治理决策提供了科学依据.     

矿山复绿,泽被后世

正2010年春,一场特大沙尘暴席卷了全国16个省份,据中央电视台报道,仅一天的时间,北京地区的降尘总量就累计达到15万吨左右,相当于每个北京人能分到10公斤沙尘。复旦大学环境科学与工程系大气化学研究中心主任庄国顺通过研究发现,这些沙尘中含有大量煤灰。沙尘暴经过我国北方大部分矿区,裸露的矿山上的粉尘、煤粉被裹挟着飞到空中,壮大了沙尘暴的规模。沙尘暴上游的内蒙古等地区,刮得更是黑风,路上、树上、草     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法,研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点,并与全球范围内的环流异常相联系,特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性,北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生,从而引起地面大风,为沙尘天气频次的增加提供动力条件.     

冰芯和湖泊沉积记录所反映的20世纪中国北方沙尘天气频率变化趋势

本文通过对我国北方沙尘天气多发区及其下风方向的敦德、马兰和崇测等冰芯记录和红缄淖湖泊记录中有关沙尘天气发生频率指标变化的分析，揭示出我国北方20世纪沙尘天气的发生频率呈减小趋势。认为西风环流强度和降水量变化是影响我国北方沙尘天气发生频率变化趋势的主要原因。指出目前人类活动造成的我国北方沙漠化面积的加速扩大，将是沙尘天气大规模发生的巨大隐患。     

中国华北春季沙尘天气频次的气候预测模型

对中国北方沙尘天气发生频次进行气候预测具有重大社会价值和科学意义,也是十分困难的一项课题．以北京站和天津站的情况为代表,首先分析了中国华北春季沙尘天气频次（DWF）的季节平均表面温度、降水、北极涛动、南极涛动、南方涛动、近地面经向风以及欧亚西风指数的相关性,旨在利用这些气候要素或大气环流因子建立中国华北春季DWF的预测模型．然后,分别基于观测资料和中国科学院大气物理研究所九层全球大气环流格点模（IAP9L—AGCM）的32a（1970～2001年）跨年度集合回报试验结果,建立了两个适合于预测中国华北春季沙尘天气发生频次的预测模型——模型Ⅰ和模型Ⅱ．其中,模型Ⅰ的试预报结果与实测间的相关系数达到0．933,因此有望提前一个季度进行较为准确的预测．如果基于气候模式的跨年度预测结果,在模型Ⅰ的预测思想上弓l入春季沙尘天气发生的同期气候信号,预测模型（模型Ⅱ）的试预报结果与实测间的相关系数可达0．948,不但表现出了更大的预测潜力,还可将模型Ⅰ实时气候预测的时间提前到半年．最后,检验了两个模型的实时气候预测能力．结果表明,这两个模型对中国华北春季DWF的年际变化和线性趋势都具有较强的预测能力,并且各具优势．其中,模型Ⅱ可在很大程度上提高IAP9L—AGCM原预测方法对春季DWF的实时预测准确度,可以考虑将其预测思想在中国其它沙尘天气多发区的气候预测中推广应用．     

水平螺旋度与沙尘暴的动力学关系研究

应用2002～2006年高空流场和地面观测资料,计算近地面至500 hPa水平螺旋度的大小.结果表明：水平螺旋度负值中心值越大,500 hPa到近地面风速越大,西风增强,风速垂直切变越大,辐合上升运动越强,形成沙尘暴的强度就越强.水平螺旋度负值中心常常在河西走廊附近最强,导致其下游东南方发生沙尘暴.水平螺旋度负值中心与其下游沙尘暴发生强度有一致的对应关系：当水平螺旋度负值中心≤-200 m²/s²时,未来24小时内该区下游将有沙尘天气出现,当≤-600 m²/s²时,6小时内该区下游将有能见度小于500 m的强沙尘暴天气出现,当≤-1000 m²/s²时,6小时内该区下游将有能见度小于50 m的特强沙尘暴天气出现.     

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙尘起沙、传输和沉降的对比研究

塔克拉玛干沙漠(Taklimakan Desert,TD)和戈壁沙漠(Gobi Desert,GD)是东亚两个最主要的沙尘源区,对区域甚至全球的能量收支、生态系统及水循环过程都有非常重要的影响.本文利用WRF-Chem模式(The Weather Research and Forecasting model with Chemistry)对比研究了2007~2011年不同季节TD和GD地区的起沙、传输以及沉降情况,探讨了TD和GD地区对整个东亚地区沙尘的贡献.研究结果表明,地形、海拔高度、热力条件以及环流条件的差异导致了两大沙源区在沙尘释放、抬升能力以及远距离输送等方面均有很大不同.GD地区地形平坦,海拔高度相对较高,上空位于南北两支急流汇合处,高空风速大,深厚的对流混合促使高空急流下沉支将更多的高空动量不断下传到对流层中层,导致GD地区中低层风力增大,有利于GD沙尘的垂直抬升.因此,在强西风急流的作用下,GD沙尘容易进行远距离输送,是东亚地区最主要的沙尘贡献区域.春、夏季节GD沙尘传输量分别约占起沙量的35%和31%.TD在东亚地区的起沙能力最强,春季起沙通量为70.54Tg a~(-1),占东亚地区起沙的42%.然而,TD地区身处盆地、三面环山,且近地面多以东风为主,沙漠上空风速较小,因此TD地区不利于沙尘传输,大量沙尘在扬起后又重新沉降到地表(总沉降量约为40gm~(-2)).只有当TD沙尘抬升到4km以上才能进入西风带开始远距离输送,对整个东亚地区沙尘的贡献相对较小,春、夏季节TD沙尘传输量分别约占起沙量的25%和23%.     

中国北方沙尘暴气候形势的年代际变化

分析了中国北方沙尘气候的时间变化特征, 重点研究与沙尘气侯的年代际变化相应的冬、春季气候和大气环流异常特征. 文章揭示: 在沙尘活动频繁年代(1956~1970)和稀少年代(1985~1999)冬、春季的气候和大气环流有显著差别. 与前一个年代相比, 在后一个年代里冬季极涡异常加深, 50°N附近的西风增强, 东亚极锋锋区位置偏北, 东亚大槽偏弱; 西伯利亚高压北部及中心强度变弱, 阿留申低压明显升压; 东亚季风强度变弱, 影响中国的冷空气势力减弱, 冬、春季大风天气变少. 同时中国北方广大地区冬季温度显著升高, 西北和内蒙古的沙源地区春季降水明显增多. 研究还发现, 在年际尺度上, 中国北方的沙尘活动频次与前冬的西风指数、北极涛动指数呈显著的负相关, 与冬、春季东亚季风指数呈显著的正相关.     

沙尘暴：飞沙万里入大海 前世今生问何方

正2021年的沙尘暴,比以往来得更猛一些。3月,最初源自蒙古国的沙尘滚滚而来,空降华北,形成了近十年来我国最强的一次沙尘天气。气象领域的专家认为:2021年1～3月蒙古国南部地区气温比同期偏高、降水偏少,干燥裸露的地表提供了沙尘源条件;强烈发展的蒙古气旋东移南压,提供了动力条件。     

民勤沙漠-绿洲低空沙尘暴结构特征研究

通过从沙漠到沙漠绿洲过渡带再到绿洲8.3 km水平梯度和近地层50 m垂直梯度的低空沙尘观测系统所收集的19次沙尘暴的沙尘水平通量、垂直通量及风速等相关气象数据,结合下垫面环境状况,定量研究了中小尺度条件下,民勤沙漠、沙漠绿洲过渡带和绿洲3种典型下垫面环境沙尘暴诸要素的水平分布和垂直变化规律及其与下垫面的关系,评估了绿...     

冬季强风条件下森林冠层/大气界面开路涡动相关CO_2净交换通量的UU修正

冬季夜间负净CO2通量的发生机制及合理处置的研究对于准确估算北方森林碳代谢状态具有重要影响.通过对长白山阔叶红松林2002年11月~2003年4月开路涡动相关系统获得的CO2净交换通量及相应交换过程的分析,发现(ⅰ)夜间负CO2通量主要发生在强风速条件下;(ⅱ)强风速条件下的压力脉动及平流过程是夜间负净CO2通量主要原因,鉴于对压力脉动及平流过程与CO2净交换同步实时监测的困难,提出了可操作的强风条件下CO2净交换通量的上界摩擦风速(UU)修正方法,长白山阔叶红松林的UU=0.4m·s?1,这个修正也适用于白天;(ⅲ)UU修正解决了长白山阔叶红松林冬季夜间净交换负总量问题.     

中国北方近500年沙尘暴活动及机制

由于缺乏可靠的、长时间、高分辨率沙尘暴地质记录,中国北方沙尘暴的历史及机制迄今尚未完全澄清.本研究基于内蒙古岱海准确定年的沉积物粗粒度组分(63μm)重建了中国北方过去～500年沙尘暴活动历史.高分辨率数据显示岱海地区沙尘暴频发期主要集中在AD1520～1580、AD1610～1720、AD1870～2000三个阶段.该区的沙尘暴活动与其他典型的历史资料及地质档案所记录的中国北方沙尘暴事件基本同步,且尘暴事件频发期大致对应于寒冷时段.我们认为受温度变化调控的西伯利亚冷高压强度变化以及西风强度变化可能是沙尘暴活动的主控因素.一个重要的特征是,尽管沙尘暴活动在近代全球变暖时期呈系统性增强,但在该时段内却呈现出明显的减弱趋势.近现代沙尘暴活动的增强可能与因人类活动增强而导致的粉尘供应量增加有关,而该时段内沙尘暴减弱趋势可能与近现代全球变暖导致的平均风速降低有关.     

中、强震前的热异常现象

利用云南多震区的地面气温资料对上世纪90年代在云南发生的中、强震及在周边发生的强震进行了分析研究，发现中、强地震前热异常现象(震中附近地面气温月距平值即△Tji≥1.0成片出现)是普遍存在的：强震前震中及相邻地区春季回暖明显早于其相临年份；与卫星遥感OLR又资料相比地面气温资料有其自身的优点。     

DInSAR沙漠形变监测应用研究(英文)

浑善达克沙地是我国主要的沙尘暴源区之一,近代浑善达克沙地的生态环境脆弱,沙化日益严重,已成为困扰北京沙尘的主要源头之一,严重影响了京津、乃至整个华北地区的生态安全以及当地生态、社会和经济的可持续发展,这一问题引起广泛的关注。DInSAR技术是重要的监测沙漠高程变化的技术,本文利用DInSAR技术,在对比分析6景ERS-2和EnviSat雷达图像基础上,对2004年10月26日和2005年10月11日两幅EnviSatASAR影像进行了干涉处理,经过配准、平地效应改正、滤波、相位解缠和地理编码,得到高程形变模型。根据研究结果,大部分地区高程是降低的,少数地区高程是升高的,这与2005年春天沙尘暴高强度发生的情况相一致,推广利用DInSAR技术实现沙漠地表形变监测具有重要作用。     

北京城区大气混合层内臭氧垂直结构特征的初步分析——基于臭氧探空

本文利用2013年6月至2015年10月北京南苑观象台两年多午后臭氧探空资料,初步分析了北京城区大气混合层内臭氧浓度的垂直分布规律以及典型天气条件下大气边界层臭氧的变化特征.主要结果有：（1）季节平均而言,地表至对流层中部（8 km）的臭氧浓度在夏季最高,冬季最低,相差50~130 μg·m^-3,最大差异在边界层.总体而言,对流层臭氧浓度随高度有比较缓慢的增加,但是边界层内臭氧浓度的垂直结构随季节有比较大的差异：夏季混合层中部存在一个臭氧浓度极大值,这与夏季比较强的光化学生成臭氧有关;而在冬季地面臭氧浓度很低,平均值小于40 μg·m^-3,说明冬季地面是臭氧很强的汇.（2）臭氧浓度季节内变率的季节差异也十分明显,夏季最大、冬季最小.季节内变率在从边界层向自由对流层过渡区域最小（夏季为24 μg·m^-3,冬季仅为10 μg·m^-3）,在边界层内变率较大,夏季可达64 μg·m^-3（冬季为30 μg·m^-3）,这也说明边界层化学过程明显影响臭氧浓度的变化.（3）我们从所有白天样本中严格筛选了部分混合层样本,并把臭氧浓度在由混合层向自由大气过渡时的垂直分布分成了三类,即臭氧浓度随高度增大（Ⅰ型）、减小（Ⅱ型）以及基本稳定不变（Ⅲ型）;臭氧垂直结构类型有明显的季节特征,夏季主要是Ⅱ型,而冬季则以Ⅰ型为主.（4）此外,我们还针对一些典型天气过程（强风、静稳雾天和PM_2.5污染）边界层内臭氧的变化特征进行了分析,结果表明：强风切变产生的机械对流引起的充分混合,有利于高层臭氧向低层输送,使得混合层内臭氧浓度的垂直梯度明显减小,同时混合层高度较高,达3 km以上;在高湿度静稳天气控制下,大气混合层较稳定,对北京上空污染物的垂直扩散十分不利：颗粒物浓度升高,削弱到达近地层的太阳辐射,从而降低臭氧的生成效率,混合层内臭氧浓度与混合层厚度都处于较低水平.     

2002年春季北京特大沙尘暴颗粒的矿物组成分析

应用X射线衍射(XRD)和带能谱的场发射扫描电镜(FESEM-EDX)对在北京2002年3月20日收集的一次特大亚洲沙尘暴样品进行了分析, 获得了矿物组成及粒度分布信息. 结果表明, 此次沙尘暴颗粒中矿物颗粒达94%. XRD半定量分析显示, 沙尘暴颗粒的矿物组成主要有黏土(40.3%)和石英(19.5%), 其次有方解石、斜长石、钾长石、赤铁矿、黄铁矿、角闪石和石膏, 但其含量都小于10%. 分离出的黏土组分中伊/蒙混层矿物占78%、伊利石9%、高岭石6%、绿泥石7%. FESEM-EDX分析除了检测到那些主要类型矿物外, 还检测出痕量的白云石、黄铁矿、盐类矿物芒硝、重矿物、金红石、钛铁矿和磷灰石等矿物. 此次亚洲沙尘暴颗粒和非洲撒哈拉大沙漠的沙尘羽颗粒的矿物类型相似, 但是黏土矿物组成有很大的差别, 前者以伊/蒙混层矿物为主, 后者以伊利石为主.     

盐碱池塘浮游动物的群落演替和多样性

于1997年4月5日至1998年9月1日对山东高青赵店乡渔场34个盐碱池浮游动物群落演替及其多样性进行了研究,采集了389个浮游动物定量水样。结果表明,轮虫主要是在夏秋高温季节占主导地位,桡足类在春季和秋末冬初在大部分养鱼池和所有无鱼对照池中占绝对优势,原生动物在养鱼池浮游动物中占相当比重,浮游动物生物量的冬季变动一般都有放养早期的春季生物量峰值和盛夏至初秋的生物量高峰,浮游动物多样性指数的季节变动形式与浮游动物生物量的季节变动不尽相同,其季节变动的总趋势是,冬季最低,春季开始上扬,夏季最高,秋季又开始下降;浮游动物多样性指数在浮游动物生物量峰值时多是低谷,而生物量下降时多样性指数又上升,无鱼对照池和新挖池塘的浮游动物多样性指数和生物量均较一般养鱼池塘的高。     

沙尘·气候·人

这个春天,沙尘似乎比往年都更猖撅一点,随着一张据说是NASA最新公布的中国上空沙尘暴肆虐的图片在网上流传,加之最近肆虐全球的极端天气现象,悲观者早已将之纳入所谓2012末世预言的有力证据之一。     

下击暴流的特征及其对输电线塔风致倒塌的影响

下击暴流为雷暴天气中强下沉气流猛烈冲击地面后形成并沿地面传播的近地面短时强风,其风场特征同传统的大气边界层近地风显著不同。近年来下击暴流作用下输电线-塔结构的倒塌破坏事故层出不穷。根据美国、澳大利亚和南非等国的调查,80%以上的输电线-塔的风致倒塌事故主要为下击暴流所引起。而我国对此却少有研究。据此,本文简要介绍了下击暴流在输电线-塔抗风研究中的重要性,并从尺度特征、风速特征、随机特征和压力特征四个方面对下击暴流的基本特征进行了综述。其次,阐述了下击暴流对输电线-塔结构的灾害作用和下击暴流作用下输电线-塔的破坏特征。最后,论述了下击暴流对输电线-塔结构抗风设计的影响。指出了将雷暴强风,尤其是发生频度高、破坏性强的下击暴流纳入到风荷载规范,是非常重要而迫切的工作。