近45a我国沙尘暴和扬沙天气变化趋势和突变分析

利用1954-1998年我国334个站每月沙尘暴和扬沙发生日数资料,通过线性趋势估计和多项式函数拟合等方法分析了沙尘暴和扬沙日数的长期趋势变化和周期变化,发现沙尘暴和扬沙日数的总体趋势是下降的,沙尘暴和扬沙年平均日数都是在20世纪50年代最高,60年代减少,之后70年代又有回升的趋势,到80年代又减少,90年代最少。沙尘暴日数的变化存在着6.7a的周期及2.59a和3.38a的周期,并且2.59a和3.38a的周期都通过了α=0.1的显著性检验。扬沙不存在显著性周期。由于资料长度的限制,无法对22a以上的长周期进行分析。利用滑动t检验法和气候跃变参数J_y分析了沙尘暴和扬沙日数的突变问题,发现沙尘暴和扬沙日数从80年代到90年代的变化率最高,沙尘暴和扬沙分别在1985年和1984年发生了由多到少的突变。我国北方强沙尘暴的发生次数从50年代到90年代呈上升趋势,从而使沙尘天气对我国的影响不但没有减弱反而有增强的趋势;近年来,大范围的强沙尘暴天气出现的频率增加、程度增强、范围扩大,因此保护生态环境,防止土地荒漠化,是我们目前面临的紧要任务。     

河西走廊东部沙尘暴预报方法研究

利用我国沙尘暴多发区, 甘肃省河西走廊东部民勤、凉州区等五站近50a的气象资料, 详细分析了河西东部沙尘暴频繁发生的气象因素, 应用近20a的天气资料, 结合近50a的典型个例做出沙尘暴的长期、中期、短期和短时预报预警系统。研究结果表明: 长期预报取决于冬春季气温、降水量和大风日数; 中期依靠使用国内外数值预报产品; 短期与大气环流条件、分型指标有关; 短时临近预报与高空大风形势、地面上游有无大风沙尘暴天气有关。     

1960-2012年河西走廊中部沙尘暴空间分布特征和变化规律

利用6个常规气象站1960—2012年的沙尘暴观测资料,分析了河西走廊中部近53年沙尘暴日数的年代际、年际、季节、各月变化和空间分布,并用Mann-Kendall检验法检验河西走廊中部沙尘暴序列是否存在突变现象;在分析沙尘暴变化规律的基础上,建立了河西走廊中部沙尘暴日数的均生函数预测模型。结果表明：该地区1960—2012年的沙尘暴日数以11.75 d/10a的倾向率递减;20世纪60年代至80年代中期为沙尘暴多发期,进入80年代末沙尘暴日数开始明显下降;20世纪70年代最多,60年代次之,80年代到90年代中期逐渐递减,从1997年开始到2004年又处于逐渐上升的趋势,突出年份是2001年,此年共21 d发生了沙尘暴天气;20世纪80年代河西走廊中部沙尘暴日数有一明显减少的突变,具体时间是1983年。与沙尘暴日数相关性最强的是年平均气温,呈显著负相关,其次是春季平均气温、冬季蒸发量和春季蒸发量,有5个站点的沙尘暴日数与春季平均气温呈显著负相关、与冬季蒸发量和春季蒸发量呈显著正相关,有3个站点的沙尘暴日数与冬季平均气温和冬季降水量呈显著负相关。据预测,2013-2032年河西走廊中部沙尘暴日数将呈继续减少趋势。     

我国北方沙尘暴与强沙尘暴过程的分形特征及趋势预测

沙尘暴是一种常见的灾害性天气现象。由于其爆发的频繁性和危害的严重性,沙尘暴趋势预测的研究已经成为了国内外专家学者关注的热点和焦点。在回顾相关研究进展的基础上,借助于分形理论在处理复杂系统方面的独特切入点,利用1954-2002年中国北方720个气象站的沙尘暴观测资料和681个气象站的强沙尘暴观测资料,分析了近49 a来,我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的时序分形特征,并运用R/S分析方法对其变化趋势进行科学预测。研究发现,我国北方地区沙尘暴及强沙尘暴事件具有近似一致的变化态势,即自20世纪50年代以来呈逐渐减少,但近期又相对增多的变化趋势。1954-2002年沙尘暴及强沙尘暴事件的时间序列具有分形特征,其关联维数分别是2\^64和3\^34;平均可预测时间尺度分别为7~8 a和8~9 a。Hurst指数能够较好的表征我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的发生规律。根据Hurst指数及其变化趋势可以预测,2002年以后的7～8 a内,我国北方沙尘暴事件将具有先增加后减少的趋势;1999年以后的8～9 a内,我国北方强沙尘暴事件也将具有先增加后减少的趋势。     

2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征及成因北大核心CSCD

利用地面观测资料分析了2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征,同时基于气候动力因子、温度、降水和NDVI资料,研究西北地区区域性沙尘暴成因。结果表明:2000—2020年西北地区区域性沙尘暴年总日数呈波动下降趋势,且存在两个高(低)频期。春季是区域性沙尘暴高发季,其中4月总日数最高,达47 d;相较于上旬和中旬,春季各月下旬更易出现区域性沙尘暴。新疆南部的塔里木盆地、内蒙古中西部和甘肃河西是西北地区区域性沙尘暴高发区,总日数均在10 d以上,其余大部分地方总日数均小于8 d。北半球极涡面积指数、强度指数及亚洲区极涡强度指数均与区域性沙尘暴日数显著正相关,北半球极涡从扩张期到收缩期转变及其强度的减弱,是西北地区区域性沙尘暴减少的重要气候动力因素。西北地区年(春季)降水量和平均NDVI均与区域性沙尘暴日数显著负相关,近21年西北地区大部分地方气候趋于暖湿化,植被覆盖整体以改善为主要趋势,此种转变有利于沙化面积收缩,减少非输入性沙尘暴的发生。     

春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料及1980-2012年中国北方逐月沙尘暴发生日数资料, 研究了春季东亚副热带西风急流(70°-120°E)的变化特征及其与中国春季沙尘天气之间的关系。结果表明:1980-2012年春季中国上空急流轴存在北移的趋势, 急流中心略向东移, 急流相对强度随年份增强, 与春季沙尘暴发生总站日数的年际变化呈显著负相关。春季沙尘暴多发年, 东亚副热带西风急流有所减弱, 而在哈萨克斯坦东部、蒙古国、中国内蒙古大部分地区及南疆地区等沙尘源地, 200 hPa纬向风速增大; 500、850 hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地地面风速增大。在中国沙尘源地, 高层西风风速增大, 动量下传, 引起地面大风, 从而容易产生沙尘暴。     

冻土对沙尘暴的影响研究

利用1951-2000年中国大陆685个沙尘暴站、412个冻土深度及706个气温站的观测资料,分析了近50a来沙尘暴与冻土深度的时空分布特征。结果表明:沙尘暴多发中心总与当月的冻深极小值或相对低值区对应,且冻深越小(大),沙尘暴日数越大(小);气温是冻深与沙尘暴反相关关系的纽带。     

西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。     

1958-2007年黄土高原沙尘暴和降雨的时空变化研究

风沙活动和降雨是引发干旱-湿润过渡区水土流失和一些环境问题的主要根源.本文基于气象站记录的沙尘暴和降雨量资料,利用ArcGIS 9.2软件,采用累积曲线和累积距平百分率等方法分析了黄土高原地区近50年(1958-2007年)沙尘暴日数和降雨量的时空变化.结果表明:(1)年内分布不均,沙尘暴主要发生在春季,占到全年的54％,降雨主要集中在汛期,占到全年的71％;(2)近50年年沙尘暴日数呈明显减少趋势,年降雨量表现出了一定程度的减少趋向,但远不及沙尘暴明显;(3)以年沙尘暴5d等值线和年降雨量350 mm等值线作为衡量线,发现随总量的减少,年沙尘暴日数≥5d和降雨量≥350 mm覆盖范围表现出不同程度的缩小,沙尘暴的缩小范围远大于降雨量的.     

新疆沙尘暴的趋势和突变研究

采用新疆77个站1961—2005年沙尘暴日数资料,使用Mann-Kendall趋势统计检验方法、最大熵谱分析,突变的t检验等方法分析了南北疆沙尘暴变化的趋势、周期和突变以及与气候变化的关系。结果显示：①南疆和北疆45 a沙尘暴趋势是减少的,南疆减小的趋势比北疆的强,两者趋势值是-0.25和-0.06,都通过了α=0.01的显著性水平检验,减少趋势中心分别位于南疆皮山、安得河附近和天山中段南北坡,20世纪80年代的减少趋势最大。②南疆和北疆低于45 a平均趋势值的年份大多集中在近20 a;南疆沙尘暴的周期分别为2.9 a和2.8 a,北疆为3.4 a和2.3 a。准3 a周期变化是南疆和北疆所共有的特征。③南北疆年沙尘暴日数与气温和降水呈反相关关系,与大风呈正相关关系,与大风的相关性最高;在南北疆,沙尘暴与气温、降水的相关性显著水平不同。受南北疆大风和降水量出现突变以及平均气温趋势出现明显转变影响,南北疆沙尘暴日数都在1987年出现突变。     

近50年来中国北方沙尘暴的分布及变化趋势分析

为了得到中国北方沙尘暴分布的总体认识,了解它的变化特征和近期动向,利用1952-2000年间中国西北及华北的强及特强沙尘暴资料等进行了分析。主要结论如下:中国北方的沙尘暴源区主要分布在河西走廊和阿拉善高原、南疆盆地南缘以及内蒙古中部三地区;近50年来中国沙尘暴频数变化的特点是,20世纪60~70年代波动上升,80~90年代波动减少,2000年后又急剧上升,未来可能将进入新一轮沙尘暴活动的活跃期;沙尘暴活动的变化与东亚大气环流的年代际变化和生态环境的变化有关。     

沙尘暴研究的进展

沙尘暴是一种危害极大的灾害性天气。它的发生发展既是一种加速土地荒漠化的重要过程,又是土地荒漠化发展到一定程度的具体表现。本文从沙尘暴的基本特征与危害,沙尘暴形成原因分析与数值模拟研究,沙尘输送及沙尘暴灾害防灾减灾对策研究等几方面,对沙尘暴的有关研究成果进行了简要的回顾,较系统地反映了沙尘暴研究的某些进展。     

黄土高原地区沙尘暴形成的自然地理因素:Ⅰ影响因素分析

以黄土高原地区227个县的资料为基础,研究了沙尘暴的发生频率与自然地理因子之间的关系。研究表明,沙尘暴的发生频率与自然地理因子密切相关,年降水量越大,地表物质可蚀性越小,大风日数越少,年均风速越小,年均沙尘暴日数越少。     

黄土高原地区沙尘暴形成的自然地理因素:Ⅱ多元回归分析与地带性特征

以黄土高原地区227个县的资料为基础,运用逐步回归的方法,建立了年均沙尘暴日数与影响因子之间的多元回归方程。黄土高原地区沙尘暴的分布具有一定的地带性。从西北向东南,年降水量逐渐增加,气候由干旱、半干旱向半湿润过渡。地表物质由风成沙、沙黄土向典型黄土和粘黄土过渡,天然植被类型由干旱荒漠、干草原、森林草原、草原森林向落叶阔叶林过渡,自然地理因子的地带性分异导致了沙尘暴的频率按同一方向递减。建立的回归方程表明,地表物质的抗蚀性对沙尘暴的影响较大,年降水量次之,大风日数居第三。通过合理的人类活动增加地表的抗蚀性,可以减低沙尘暴的发生频率。     

民勤一次沙尘暴天气过程的稳定度分析

用2004年5月23—24日民勤基准气象站发生的一次沙尘暴天气过程加密探测,对大气热力参数“3 θ”和动力参数“相对风暴螺旋度”进行了计算和分析。结果表明：沙尘暴来临前到沙尘暴过境的前半期,大气温湿结构的分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴过境的后期,大气层结调整到稳定状态,抑制了干对流的发展;沙尘暴天气结束后整层大气湿度增大,并出现了小雨天气。沙尘暴期间相对风暴螺旋度值小于雷暴等强烈湿对流的临界值,但仍然与沙尘暴的强度有很好的对应关系。     

引发强沙尘暴的蒙古气旋的动力特征分析

对造成2002年4月5—9日东亚地区一次引发强沙尘暴天气过程的蒙古气旋发生发展过程进行了动力学分析。结果发现,这次气旋发展发生在斜压区中,500 hPa涡度平流和对流层下部的温度平流、大气加热率均对气旋的发生有贡献;气旋的发展阶段以温度平流为主,在气旋发展最强盛阶段对流层下部温度平流的作用大于其他项;气旋减弱阶段大气加热率所起的作用占主导地位,涡度平流和温度平流作用较小;Q矢量锋生函数分析表明大气斜压性的作用不可忽视。位涡的垂直输送作用明显,并形成了对流层内的垂直位涡柱。在气旋的发生发展过程中,始终伴有高空急流,它不仅有利于气旋的发展,同时还激发了低空急流的出现,因此引发该次强沙尘暴的蒙古气旋发生发展过程中对流层内有高低空急流耦合作用。     

西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究

利用甘肃、宁夏1955-2002年的气象实测资料, 北半球500hPa月高度场, 月平均太平洋海表温度场资料, 将沙尘暴发生的变化趋势看作每年春季的一个气候现象, 分析其发生的气候变化趋势、年代际变化以及与大气环流、海温的相关关系, 得出沙尘暴气候趋势预测的着眼点, 建立沙尘暴短期气候预测概念模型。此模型对沙尘暴发生变化趋势的预测具有一定的实用价值。     

中国50a来沙尘暴变化特征

基于"中国强沙尘暴序列及其支撑数据集",对中国50a(1958—2007年)来沙尘暴时间和区域变化进行分析,揭示了中国沙尘暴时间和区域变化特征。结果表明,中国沙尘暴站时变化总体呈明显振动减少趋势,经历了两次迅速减少、两次大幅震动和两次和缓减少6个时期,每个时期约为8a,1983—2007年平均值比1958—1982年平均值减少58.4%。沙尘暴的站次平均持续时间年际变化不大,季节变化相差1倍以上,频发日期有延迟趋势,后25a比前25a平均延迟了7d左右。沙尘暴的区域分布呈现两多、两少和两个中心的分布特征,时间变化特征区域表现差异大,新疆南部和内蒙古中西部两个频发中心春季的沙尘暴强度和范围呈相反顺序演变,新疆沙尘暴6月频发。在总体站时减少的情况下,浑善达克沙地西北部和柴达木盆地西北部地区却有增加趋势。沙尘暴终止的年份线向北推移明显,在90°E以东的地区北移,最为明显的华北地区北移大约5个纬度,其范围的缩小和频次的减少共同决定了总体站时减少。     

青藏高原及其周边区域沙尘天气的时空分布特征

基于站点观测的沙尘暴数据和卫星遥感（FY-3A）的沙尘数据，分析了青藏高原及塔里木盆地-河西走廊沙尘天气的时空分布特征。结果表明：在空间分布上，沙尘天气发生的次数和强度自塔里木盆地-河西走廊往青藏高原的东南方向递减。季节变化上，沙尘暴在青藏高原主要发生在冬、春季，而在塔里木盆地-河西走廊主要发生在春、夏季，这主要是由于地表大风中心在3月北移、10月南移； FY-3A反演的沙尘天气在两个区域均主要发生在冬、春季，发生强度与观测结果在季节变化上也存在差异。在1980—2007年，青藏高原的沙尘暴发生次数和强度上均呈减弱趋势，塔里木盆地-河西走廊的沙尘暴发生次数减弱而强度增强。     

Sand-dust storms in China: temporal-spatial distribution and tracks of source lands

1 IntroductionSand-dust storms include both sand storms and dust storms[1]. When the visibility in local areas is greater than or equal to 50 m but less than 200 m, they are called severe sand-dust storms. When extremely severe sand-dust storm, the most severest type of sand-dust storm, occurs, the local instantaneous maximum wind speed can be greater than 25 m/s and a local visibility be less than 50 m or even descend to 0 m[2].Sand-dust storm is a critical environmental problem and is also a…