甘肃春季沙尘暴环流特征及其时间尺度诊断分析

根据43a甘肃春季沙尘暴日数距平序列选取了甘肃春季沙尘暴多发年和少发年。对甘肃春季沙尘暴多发年和少发年前期冬季(12月至翌年2月)和同期春季(3~5月)500hPa环流距平场合成结果表明, 前期冬季东亚大槽、同期春季蒙古气旋是影响沙尘暴发生多少的主要系统。西风指数和东亚北风指数计算结果表明, 沙尘暴多发年与少发年指数差异明显, 沙尘暴与冬季风联系紧密。甘肃春季沙尘暴小波变换分析, 清楚地反映沙尘暴不同频域的变化特征及其交替作用; 不同频域小波系数变化说明21世纪初沙尘暴将趋于增加。     

中国北方春季沙尘暴频数与北半球500hPa高度场的SVD分析

选取1957-2000年中国北方地区春季沙尘暴发生次数资料和北半球500hPa秋、冬、春季的平均高度场资料,对沙尘暴和高度场作SVD分析。结果表明,我国北方春季沙尘暴次数各地具有比较一致的变化趋势,表明可能与大尺度气候背景的变化有联系。变化的最敏感区域为内蒙古中西部地区、新疆西部、青海西部和东北地区。我国北方春季沙尘暴发生次数与同期及前期500hPa高度场有较好的相关关系,前期环流形势对春季沙尘暴频数有一定的指示和预测意义,冬季环流场尤其具有预报指示意义,因为前一年冬季北大西洋涛动对我国春季北方沙尘暴发生次数有影响。     

我国北方春季沙尘暴与气候因子之关系

利用我国北方1954—2005年470个站点的春季沙尘暴资料和相应的气候资料,在合理区划沙尘暴易发地区的基础上,采用气象统计分析中的相关分析方法,对沙尘暴与气温、降水量、相对湿度、地温、风速、风蚀指数等气候因子间的相关性进行了统计分析,研究各个区域沙尘暴发生的气候特征,并提出了春季沙尘暴多发的简单气候概念模型。结果表明:①气候要素与我国北方春季沙尘暴的发生有一定的耦合关系,南疆的沙尘暴与气候要素的相关性最好,而北疆的最差。与沙尘暴相关性最好的气候因子是风速,其次是风蚀指数。②我国北方春季沙尘暴多发的简单的气候概念模型:前期（前冬）,北、南疆地区较常年多干冷的西北气流;青藏东南地区和柴达木地区多暖湿的西南气流;河西地区、河套地区和东北地区为冷湿的偏西气流偏多。同期（春季）,北、南疆地区较往年干燥且多大风;青藏东南地区和柴达木地区暖干;河西地区、河套地区和东北地区冷且多大风。     

春季天气变率对华北沙尘暴频次的影响

利用欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料,分析华北春季沙尘暴日数与500 hPa月平均环流及与近地面环流天气变率长期变化的关系,分析时段为1962~2000年。研究发现华北地区春季沙尘暴频次与东亚地区中高纬度500 hPa高度场有显著的负相关,相关中心区在蒙古国及西伯利亚一带,这可能说明高空环流场在这种形势下易于造成高纬度冷空气南下,因此使得华北沙尘暴频次增加。天气过程是形成沙尘暴的直接原因,东亚地区天气变率存在明显的年际和长期变化,研究发现天气变率与沙尘暴频次之间有非常显著的关系：当天气尺度变率增大 (减少) 时,沙尘暴频次也增加 (减少)。其中具体分析了850 hPa低压和地面冷高压活动与沙尘暴的关系,发现东北低压及自蒙古和西伯利亚南下的冷空气活动都对华北沙尘暴频次有明显的影响。近40年来东亚天气变率有显著的减弱趋势,这也在很大程度上解释了沙尘暴频数的显著减少。另外,北极涛动对东亚天气变率和华北沙尘暴频次的年际变化也有一定的影响,北极涛动强的年份华北沙尘暴次数偏少。     

南疆盆地翻山型沙尘暴环流动力结构分析

2003年4月8日至9日发生了一次超极地冷空气入侵新疆并翻越天山造成南疆盆地大范围强沙尘暴过程,分析沙尘暴强盛期的高度场、高空急流异变、螺旋度场、散度场和不稳定发展,揭示了该类沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明:①伊朗高压的爆发性发展与乌拉尔山脊叠加形成长波脊,导致泰米尔半岛的极地强冷空气南下,并直插新疆越过天山到达塔里木盆地,造成大范围沙尘暴天气;②强沙尘暴天气产生的根本原因是西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展;③高空西风急流发生异变在南疆盆地上空形成急流区,并通过动量下传导致地面大风,是大范围沙尘暴发生的动力条件;④沙尘暴区上空螺旋度垂直分布低层为正值、高层为负值,揭示强的旋转上升运动是大范围沙尘暴发生的动力条件。⑤低层辐合高层辐散的垂直结构,易于发生近地面大风和上升气流;⑥该次沙尘暴是一次大范围强对流天气,大气层结处于对流中性或对流不稳定状态,但都有强的斜压不稳定发展,并冷暖空气交换剧烈。沙尘暴影响前塔里木盆地有一个能量明显聚集期,但聚集时间很短。     

相似离度在甘肃省冬春季强沙尘暴天气入型判别和预报中的应用研究

利用探空、地面资料分析了1955—2002年甘肃省发生强沙尘暴天气的环流特征，揭示出甘肃沙尘暴天气的5种环流类型：冷锋后偏西型、强锋区下动量下传型、冷高压南部型、热低压前部型和河西小槽型的平均环流场特征。在此基础上，分析指出造成甘肃省冬、春季强沙尘暴天气的影响关键区和关键天气系统，并利用场相似预报方法建立了甘肃省冬、春季强沙尘暴预报业务系统，在实际业务中发挥了较好的效益。     

阴山北部农牧交错带沙尘暴特性分析

以内蒙古自治区阴山北部农牧交错带30年(1971～2000年)气象资料为基础，运用随机统计理论。探讨阴山部沙尘暴、沙尘天气与降水量、地温、大风等因素的相关关系初步分析了内蒙古自治区阴山北部沙尘暴的成因与自然气候因素的相关关系。结果表明：干旱、地温快速回升与大风在时间上的一致性，是阴山北部农牧交错带发生沙尘暴的主要原因；每年4月到5月的平均降水量是年均降水量的11．2％，大风日数为全年的41．8％。这一时段地温的月平均上升幅度为8．5℃，而沙尘暴发生日数占全年的85．7％；同时沙尘暴的发生日数与大风日数呈正相关，与降水量呈负相关，与地温呈正相关。通过对上述内容的分析讨论，以期揭示沙尘暴的形成及其变化规律。     

中国北方典型强沙尘暴的地面加热场特征分析

选取了中国北方16个典型强沙尘暴事件, 利用NCEP/NCAR的日平均全球再分析网格点资料, 对这些典型强沙尘暴事件的地面感热通量场、潜热通量场的分布特征进行了分析; 同时对该区域中强沙尘暴的不同发生区地面的加热场也进行了对比分析。结果表明, 通常在典型强沙尘暴事件发生区表现为正的感热通量和正的潜热通量; 沙尘暴多发区域的南疆盆地表现为以潜热加热为主, 西北区东部表现为以感热加热为主, 华北地区北部则表现为感热和潜热加热同等重要; 南疆盆地和西北区东部沙尘暴的发生受下垫面的影响较大, 华北区北部沙尘暴的发生受下垫面的影响相对较小。     

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971-2008年共1 811个大风/沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料,详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4-5月最大混合层较厚,在2 500 m以上;而强沙尘暴发生时6-7月较厚,7月最厚为2 530 m。3-8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200～400 m;4-5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚,在2 700 m左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强,扰动逆温明显较强,达2.5 ℃/100m,锋面逆温高度在700～1 000 m,扰动逆温高度在150～400 m之间;而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强,强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强,这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800 hPa以上有干气层存在,夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强,强沙尘暴持续时间越长。     

西藏地温的年际和年代际变化

利用1971-2005 年西藏10 个站的0.8 m、1.6 m 和3.2 m 逐月平均地温资料,采用气候倾向率等现代统计诊断方法,研究了近35 年西藏年、季平均地温的变化趋势、气候突变和异 常年份。结果表明：0.8 m 年平均地温在西藏东部的林芝、昌都呈现为下降趋势,其他各站以0.19~0.81 ^oC/10a 的速率升高;有5 个站的1.6 m 年平均地温呈显著的升高趋势,升温率为 0.20~0.60 ^oC/10a;3.2 m 年平均地温6 个站均表现为升高趋势,为0.13~0.52 ^oC/10a,以拉萨升温率最大。在0.8 m 处,① 大部分站点季平均地温呈明显的上升趋势,其中西藏西部、南 部以夏季升幅最大,特别是狮泉河达1.61 ^oC/10a;北部以冬季增温最突出。东部地区四分之三的季平均地温呈降温趋势。② 大部分站点年平均地温呈逐年代升高趋势,而昌都表现为逐年代降低趋势。③ 狮泉河春、夏季平均地温分别在1996 年和1983 年发生了气候突变;拉萨和日喀则年、季平均地温发生的气候突变是从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期,前者 出现在20 世纪80 年代,后者发生在20 世纪90 年代初;而林芝1993 年夏、秋季出现的气候 突变是从一个相对偏暖期跃变为一个相对偏冷期。④ 西藏西部年、季平均地温以异常偏高年份居多,且发生在20 世纪末至21 世纪前5 年;南部年、季平均地温均为异常偏高年份,主要出现在20 世纪90 年代中后期;北部年、季平均地温异常偏高年均出现在21 世纪前5 年, 异常偏低年份以20 世纪80 年代居多;东部年平均地温以异常偏低年为主。青藏铁路沿线西藏境内测站最大冻土深度以-4.5~-25.4 cm/10a 的速率呈显著减小趋势,安多减幅最大     

甘肃春季(3～5月)沙尘暴成因分析

甘肃春季(3～5月)沙尘暴小波变换分析清楚地反映了甘肃春季沙尘暴不同时间尺度周期振荡的交替作用。甘肃中西部自20世纪80年代以来变暖,其变暖与太阳黑子周期长度(SCL)密切相关。甘肃春季沙尘暴与甘肃中西部热力因子和降水研究表明,当冬季冷空气活动频繁,春季气温回升快,气温波动幅度大,降水偏少,甘肃春季容易发生沙尘暴。     

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。     

塔里木盆地一次东灌型沙尘暴环流动力结构分析

利用NCEP再分析资料和常规地面观测资料,对2006年4月10日塔里木盆地发生的一次东灌型沙尘暴,从气候背景、环流形势、螺旋度场、锋生次级环流、温度平流等方面进行分析,揭示了此类沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明：①里咸海脊、乌拉尔脊、新地岛脊同位向叠加,西西伯利亚横槽转竖南下,引导泰米尔半岛强冷空气爆发直插新疆,东灌进入南疆盆地,造成大范围沙尘暴天气;②西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展是造成此次沙尘天气的根本原因;③盆地前期的干暖形势为沙尘暴的产生提供了有利的热力条件;④沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为低层正值、高层负值,构成低空强辐合、高空强辐散的上升运动区,揭示强旋转上升运动是大范围沙尘暴发生的动力条件;⑤高空急流入口区次级环流下沉支导致高层动量下传 ,促使对流层中低层风力加大,冷锋南压,驱动沙尘天气的发生。     

腾格里沙漠东南缘沙尘暴变化趋势的Markov模型分析

从概率的角度出发,应用Markov模型分析了腾格里沙漠东南缘近20a来沙尘暴变化趋势,结果显示:①2000年发生的强沙尘暴和特强沙尘暴的概率各为0.5,而事实上2000年发生沙尘暴11次,接近预测结果。② 2000年发生伴随降雨的特强沙尘暴概率为0.25,不伴随降雨的沙尘暴概率为0.5,这和2000年中国北方干旱,很少发生伴随降雨的沙尘暴的事实一致。③随着时间序列的延长,Markov模型可成为预测沙尘暴发生的一条有效途径。     

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。     

我国西北干旱区区域性沙尘暴特征及成因研究

利用1954-2001年131个国家基本基准气象站的逐日观测资料, 运用小波分析等统计方法分析了中国西北地区区域性沙尘暴天气过程特征及变化趋势, 并对其成因进行了初步探讨。结果表明: 1954-2001年, 中国西北地区共出现了1974次区域沙尘暴天气过程, 平均每年42次, 共出现了247次强沙尘暴天气过程, 平均每年5次。沙尘暴和强沙尘暴天气过程的地理分布比较一致, 有两个高发区: 一个位于南疆盆地; 另一个位于西北地区东部。沙尘暴天气过程主要发生在3~7月, 强沙尘暴天气过程集中发生在3~5月。近48a来区域沙尘暴和强沙尘暴天气过程都呈波动下降趋势, 且强沙尘暴天气过程比沙尘暴天气过程下降趋势更为剧烈。1956-1987年是沙尘暴和强沙尘暴天气过程的多发时期, 1988年后无论沙尘暴或强沙尘暴天气过程均大幅减少。2月的北极涛动指数对当年沙尘暴天气过程的发生多少具有预报意义。     

黑河流域张掖市近38 a以来气候变化特征分析

 目前黑河流域气候变化研究多集中于流域系统气候变化与区域水资源变化之间的关系、区域沙漠化、沙尘暴发生的气候动因等研究方面，而对人类活动强度大、活动最为密集的流域绿洲区域张掖市气候变化所作研究较少。通过对张掖市六县（区）6个气象观测站近38 a以来的逐月平均气温、降水、大风频率资料的系统分析，认为张掖市近38 a来气温升高幅度较之全国其他区域更为明显。多年降水变化相对不大，但冬春两季降水出现缓慢增加的趋势，大风天气与沙尘暴发生频数近38 a来出现了明显的下降趋势，这与区域气温升高及冬春两季易发生沙尘暴的期间降水增加有明显的相关性。同时人类对干旱区内陆河流域绿洲开发的加深也一定程度上对这种生态环境敏感地区的气候产生影响。     

我国西北和内蒙古地区春季沙尘暴的年代际变化及原因探析

利用1961—2005年西北及内蒙古地区208个地面气象站春季沙尘暴日数的观测资料,对沙尘暴发生的年代际变化进行了分析。结果显示,20世纪60年代和70年代沙尘暴偏多,80年代沙尘暴开始减少,90年代最少,21世纪的前5 a沙尘暴呈现出先增多后减少的趋势。基于1961—2005年的NCEP资料进行了原因探析,结果表明：①在沙尘暴多发年代,我国北方大部分区域风速出现了正距平,而在沙尘暴少发的年代,风速呈现出负距平;②在沙尘暴多发的年代,我国中高纬地区出现明显的气旋性流场距平,其南侧西风增强了我国西北及内蒙古地区偏西风风速,而在沙尘暴少发的年代,则与之相反;③极锋锋区在60—70年代强度偏强,从80年代开始强度呈现出明显的减弱趋势,21世纪初期锋区强度继续减弱,但其中心位置有小幅的自北向南移动。     

长安四府村32～10 ka BP期间沙尘暴活动的记录

通过对长安区四府村剖面晚更新世后期黄土样品的粒度分析测定,探讨了沙尘暴活动与土壤颗粒组成的关系及32～10kaBP以来的沙尘暴的活动趋势。结果表明,黄土古土壤序列中粗粉砂含量高和粘粒含量低,反映当时沙尘暴活动强烈,反之,沙尘暴活动弱。冰期沙尘暴活动强主要是冰期降水量少造成的,温度低是次要的。古土壤层S10中的粘粒既包含风尘堆积的原始组分,也包含风化成壤过程中对先前发育的黄土L21改造后的次生组分。32～10kaBP以来,沙尘暴活动具有由弱到强的变化趋势,其中23～10kaBP间活动最强。