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。     

影响中国西北及青藏高原沙尘天气变化的因子分析

利用1948—2006年的NCEP(2.5°×2.5°)月平均再分析资料,分析了影响西北及青藏高原沙尘天气变化的动力、热力因子。结果表明:①200 hPa副热带西风急流是影响沙尘天气的动力因子,高层天气系统的季节性变化,导致了其位置及强弱的季节性变化,从而导致了高原南部扬沙、沙尘暴季节性南北移动;急流的动力结构使局地环流得以形成,局地环流的下沉支流使得高空动量下传,使地面风速增大,从而使扬沙和沙尘暴发生。②浮尘和扬沙、沙尘暴天气成因有所不同,地表温度等热力因素对浮尘天气有直接影响;而急流等动力因子则影响浮尘天气的频率,对发生范围影响较小;动力因子是扬沙、沙尘暴发生的直接原因;500 hPa锋生函数大值带的季节性南北移动也是扬沙、沙尘暴南北季节性变化的重要原因。③500 hPa水汽输送带的边缘是扬沙和沙尘暴容易发生的区域。④地表湿度是沙尘天气发生的一个因子,当地表较干时,沙尘天气发生频率增加,而当地表湿度增大时,沙尘天气发生的频率减小。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

塔里木盆地沙尘天气日数的变化及其与北大西洋涛动的联系

基于塔里木盆地35站1961-2007年的沙尘暴、扬沙日数的观测资料,分析了塔里木盆地春、夏季沙尘天气日数的时空变化特征及其变化的可能原因。结果表明,沙尘暴和扬沙日数呈显著减少趋势,沙尘暴日数在盆地的西南部,扬沙日数在盆地的东北部,减少幅度最大。春、夏季沙尘暴日数的气候突变发生在20世纪80年代的中后期,而扬沙日数在90年代的中后期。春、夏季沙尘天气日数以单月发生为主,连续2月及以上发生概率较大的区域集中在天山南坡,尤其在阿克苏地区。近20 a来,沙尘天气日数异常站数迅速减少,尤其在2000年后。相关分析表明,前冬北大西洋涛动指数与春、夏季沙尘暴日数有较好的相关关系,可以作为其短期气候预测的一个因子。     

西北地区植被变化对风沙活动的影响分析

基于西北地区1982—2003年NDVI与扬沙日数、沙尘暴日数、大风日数等风沙活动数据,分析了植被变化对风沙活动的影响及其区域差异性。结果表明,NDVI正距平和风沙活动因子的负距平有很好的对应关系。年均NDVI和扬沙日数、沙尘暴日数和大风日数的Kendall相关系数分别为-0.437(99%置信水平)、-0.338(95%置信水平)和-0.251(90%置信水平)。NDVI和各风沙活动因子的相关性随季节发生显著变化。各地貌类型区内,低山-丘陵及洼地区NDVI和风沙活动因子相关最为显著。     

西藏贡嘎沙尘天气气候及环流特征

利用1978-2012年西藏贡嘎的浮尘、扬沙和沙尘暴资料,分析了贡嘎沙尘天气的气候特征。结果表明:贡嘎沙尘天气冬、春季最多,秋季较少,夏季很少发生;扬沙和沙尘暴主要发生在午后,浮尘则全天均可发生;近35年来,扬沙和沙尘暴呈波动减少趋势,减少幅度分别约为7 d-10a和2.2 d-10a,浮尘约以0.5 d/10a的幅度呈不显著增加趋势;基于2005-2012年沙尘天气同期红外差值沙尘指数(IDDI)空间分布图和地面流场、沙地分布图,定性得出贡嘎、尼木、南木林、日喀则、拉孜区域的雅鲁藏布江沿岸沙地是贡嘎沙尘天气的沙尘来源。利用沙尘暴天气个例分析了贡嘎沙尘天气的地面气象要素和高空环流特征,发现相对湿度小、风速大、连续多日无降水是沙尘天气的地面气象要素特征,高空环流形势可分为阻塞型(占40%)、干南支槽型(占17%)、西北气流型(占26%)和热低压型(占17%)等4类。     

中国沙尘天气的区域特征

利用筛选的1954~2000年中国338个站沙尘天气资料及相关气候资料,从沙尘天气区划方面着重分析研究了我国沙尘天气的区域特征。结果表明： 1) 我国沙尘天气多发区分别位于以民丰至和田为中心的南疆盆地和以民勤至吉兰泰为中心的河西地区。不同类型沙尘天气的空间分布范围不尽相同,其中沙尘暴主要发生在与北方沙漠及沙漠化土地相联系的极干旱、干旱和半干旱区内。扬沙和浮尘天气除了在沙尘暴发生区的绝大部分地区出现外,还向其它邻近地区扩展,如扬沙可向东北地区和东南的黄淮海平原及以南地区扩展;而浮尘天气则主要向东南方向扩展,可涉及整个黄淮海平原和长江中下游地区。相比之下,上风方向的中高纬地区,如北疆和东北北部地区,浮尘天气发生甚少。2) 全国沙尘暴天气易发区可划分为北疆、南疆、河西、柴达木盆地、河套、东北和青藏等7个亚区。沙尘暴和浮尘在南疆区发生日数最多,而扬沙在河西区发生日数最多。     

基于EOS-Terra/MODIS的沙尘暴遥感监测方法对比研究

通过分析沙尘暴的波谱响应特征及EOS-Terra/MODIS传感器通道的特点,阐述了利用EOS-Terra/MODIS进行沙尘暴监测的机理,提出了利用MODIS进行沙尘暴监测的热红外双通道差值法、三通道彩色合成直方图均衡增强法及基于双通道域值的叠加分析法,并进行了示范比较研究。研究指出基于MODIS采用双通道法进行沙尘暴遥感监测有其局限性,不能快速、有效地提取沙尘暴信息。三通道彩色合成直方图均衡增强法直观判读效果较好,但缺少定量化分析。基于双通道域值的叠加分析法是一种集定量、定性分析于一体的监测方法,有利于对沙尘暴信息的准确提取,为利用MODIS数据进行沙尘暴监测提供了有效手段。     

塔里木盆地沙尘多发季节沙尘日数与前一年大气环流指数的关系研究

应用塔里木盆地14站逐月的沙尘暴、扬沙、浮尘日数和中国气象局国家气候中心整理发布的74类大气环流月指数资料,分析了塔里木盆地4～6月沙尘暴、4～7月扬沙、3～5月浮尘日数与前一年大气环流月指数之间的关系。沙尘日数和环流因子序列均滤去了显著线性趋势,用滑动相关法提取了31组初始因子,分别建立回归模型,然后对回归结果进行两级集合。4～6月沙尘暴、4～7月扬沙、3～5月浮尘日数的集合回归拟合序列与实测序列的相关系数分别为0.9520、0.8124、0.8897。用逐级反推法,确定了与塔里木盆地沙尘多发季节3类沙尘日数有显著统计关系的前一年的大气环流指数因子数目分别为6个、7个和8个。有显著统计关系的前期环流因子对沙尘日数的异常偏多(少)年的预测能力存在不对称性。     

沙漠地区春季近地层气象要素分布规律的观测研究

利用2005年1月至2006年4月朱日和地区20 m气象塔的风向、风速、气温、相对湿度的观测资料,分析沙漠地区春季近地层气象要素的分布规律。结果表明: 春季温度回升,风速最大,相对湿度最小,利于起沙,故沙尘天气频繁。风速满足幂指数率分布规律,并且幂指数m能够很好的反映出风速梯度的变化情况;在沙尘暴、扬沙、背景、浮尘的天气条件下,春季近地面层风速梯度依次增大,湍流动量、热量交换系数依次减小;风向以西南为主。浮尘、扬沙天气各气层平均增温率分别大于或小于同时段的背景大气;沙尘暴期间温度下降,平均降温率为0.61 ℃\5h-1。春季相对湿度的平均递减率(递增率)与平均增温率(降温率)的大小正相关。浮尘天气相对湿度的平均递减率大于同时段的背景大气;扬沙天气相对湿度的平均递减率小于同时段的背景大气;沙尘暴天气相对湿度增大,平均增大率为2.80%\5h-1。     

沙尘暴危险度的定量评估研究

目前对于沙尘暴风险管理的系统性和实用性有待完善,在沙尘暴危险度研究中缺乏对于气象因子的实时定量评估方法,使得气象服务工作也只能为沙尘暴提供实时卫星监测结果,尚不能细致提供沙尘暴危险度的实时定量评估结果,不同程度地影响了沙尘暴防灾减灾工作的高效实施。系统化沙尘暴风险分类,将沙尘暴灾害应对分为防灾过程和减灾过程,明确了沙尘暴危险度在这两种过程中的主要构成,结合沙尘暴危害特点提出了实时数量化的沙尘暴危险度诊断表达式,对表达式各组成部分进行了初步讨论。使用层次分析法结合聚类分析,分析甘肃民勤地区2001年6月1日—2010年11月15日的地面气象观测资料,得出该地沙尘暴危险度具体表达形式并进行计算,给出了在此期间民勤地区沙尘暴危险度的定量评估结果。结果表明,在民勤地区该时间段内,沙尘暴危险度范围为0.45～4.49,平均危险度为1.99,超过平均危险度的沙尘暴时次有25次,其中最危险的沙尘暴发生于2010年4月24日,完全符合历史事实。由此说明,沙尘暴危险度表达式能够客观地给出沙尘暴危险度实时诊断结果,且其结构清楚,计算简单,便于气象服务业务工作的使用与推广。     

蒙古气旋产生强沙尘暴的诊断分析

利用MICAPS资料、FY-2C红外卫星云图和2.5°×2.5°NCEP再分析资料,对2008年5月25日至28日大范围沙尘暴过程进行了天气动力诊断和物理量场分析。结果表明,强沙尘暴主要出现在冷平流前的温度梯度密集区和涡度梯度密集、陡峭区。在这次强沙尘暴过程中,暖平流是蒙古气旋发生、发展的重要热力因子,大气热力不稳定和强风是起沙的动力;500 hPa阶梯槽快速东移是飚线产生的触发系统;对流风暴是引发强沙尘暴主要因素。蒙古气旋的发展加大了冷锋前后的气压和温度梯度,为对流风暴的发生提供了热力不稳定条件。700 hPa冷平流爆发性下沉、南下,为强沙尘暴的产生提供了强大动力。     

Detecting Arctic snow and ice cover with FY-1D global data

Chinese meteorological satellite FY-1D can obtain global data from four spectral channels which include visible channel(0.58-0.68 μm) and infrared channels(0.84-0.89 μm,10.3-11.3 μm,11.5-12.5 μm).2366 snow and ice samples,2024 cloud samples,1602 land samples and 1648 water samples were selected randomly from Arctic imageries.Land and water can be detected by spectral features.Snow-ice and cloud can be classified by textural features.The classifier is Bayes classifier.By synthesizing five d ays classifying result of Arctic snow and ice cover area,complete Arctic snow and ice cover area can be obtained.The result agrees with NOAA/NESDIS IMS products up to 70%.     

陕西一次强沙尘暴过程诊断与分析

2006年陕西共发生沙尘天气13次,其中4月11日的沙尘天气最为严重,危害最大,这也是陕西近10 a来最为严重的一次沙尘暴天气过程。这次沙尘天气带来一系列的天气演变过程,它持续时间虽然只有8~9 h,但覆盖面积大,影响范围广,全省70%~80%左右的区域都受到了影响。运用FY-2卫星红外云图及MICAPS2.0模式中的数值预报进行分析,发现红外云图呈现出异常状态,高低空形势配合较好,气压梯度、温度梯度密集,狂风突起等状况,试图揭示与解读沙尘天气在发生过程中某些气象因子的特征及其对沙尘天气的影响机理,为今后预报沙尘暴强度和发生区域提供一定的理论依据。     

气候变化对浑善达克沙地生态环境演变的影响

利用近43 a气象观测资料,分析得出浑善达克沙地气温在逐年升高,降水量减少,蒸发量加大,平均风速、大风日数、沙尘暴日数呈逐年减少态势。其中温度升高、降水减少、蒸发量增加,对浑善达克沙地生态恢复不利;而平均风速尤其是大风日数、沙尘暴日数逐年减少对该地区生态保护、建设有利。通过1976年、1987年和2002年的遥感卫星监测结果验证：流动沙地面积不断增加,进一步表明浑善达克沙地的沙漠化正在扩展,这与该地区气候的恶化密切相关。     

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。     

河西走廊东部近50a沙尘暴成因、危害及防御对策

利用我国沙尘暴多发区,甘肃省河西走廊东部民勤、武威等四站建站以来近50a的气象资料,详细分析了河西走廓东部沙尘暴天气发生的时空特点、成因及造成的危害情况,指出河西走廊东部的沙尘暴天气主要是由大风天气过程与其特殊的地形地貌、干旱气候背景相互作用的结果,它造成河西走廊东部两亿多元的经济损失,使50多人丧生。为了有效地预防或减轻沙尘暴的危害和损失,最后提出沙尘暴天气的防御对策是:建立沙尘暴天气的监测和预报预警系统,早发现早预防;开发空中云水资源,实施人工增雨增雪作业;恢复生态植被,控制土壤沙化,减轻沙尘暴危害。     

2015年2月21日内蒙古风雪沙尘天气特征

利用高空、地面常规观测资料和NCEP再分析资料,针对2015年2月21日内蒙古中部阴山北麓地区暴风雪转强沙尘暴天气,进行了对比分析。结果表明:该次天气过程受强冷空气影响,由高空蒙古冷涡迅速发展加强产生。地面冷锋形成降雪,锋区风力较大,形成了暴风雪,随后受副冷锋影响,风力明显增强,产生沙尘暴天气。暴风雪与沙尘暴差异表现在:(1)冷涡、冷锋是主要影响系统,但天气系统影响部位不同,暴风雪多发生在锋区及暖区中,沙尘暴多发生在锋区后部的强冷平流控制区中。(2)水汽条件差异明显,暴风雪相对湿度需要大于70%,沙尘暴相对湿度小于30%。(3)大气层结需求不同,暴风雪对不稳定层结要求不高,沙尘暴对不稳定层结和深厚的混合层有较高的要求。(4)暴风雪发生时气温骤降,沙尘暴发生时温度缓慢持续下降。     

基于3S技术的锡林郭勒盟风沙灾害综合评价

本文从孕灾环境、致灾因子和承载体3个方面建立风沙灾害综合评价体系,利用内蒙古自然地理环境要素基础图件、锡林郭勒盟以及周边地区29个气象观测站点的多年气象资料和内蒙古统计年鉴等数据,应用协调模型对锡林郭勒盟风沙灾害进行综合评价研究。结果表明:锡林郭勒盟风沙灾害系统的协调性总体上由东北向西南呈越来越差之势,说明风沙灾害综合风险程度由东北向西南越来越大;锡林郭勒盟风沙灾害系统中属协调型和较协调型地区面积占全研究区的55.5%;属不协调型和极不协调型地区占全研究区的44.5%。可见,锡林郭勒盟风沙灾害子系统关系中,不协调型近占一半,政府和有关部门应提高防范意识,采取防治措施。     

石羊河下游民勤绿洲生态安全时空变化分析

以生态安全面临着严重威胁的干旱区民勤绿洲为例，应用GIS、RS技术，从绿洲耕地风蚀潜在危险性、水资源利用与空间分布、作物安全生长格局与绿洲防护体系变化四个方面，对该绿洲近14a间生态安全状况进行了系统分析。研究结果表明：绿洲土壤风蚀潜在危险性逐年增大。地下水埋深持续下降，5～20m的地下水埋深区域面积比例由1987年的39．6％上升到2001年的62．1％。地下水矿化度在绿洲的北部表现为上升的发展趋势。作物安全生长格局变化显示春小麦与棉花的安全生长面积由1987年占绿洲总面积的63．8％和91．5％下降到2001年的56．2％和71．3％。由林地与荒草地组成的绿洲防护体系逐年被破坏。地表水资源的逐年减少是绿洲生态安全状况不断下降的主导因素，而人类不断扩大耕地面积，以及毁林、毁草开荒等行为进一步加剧了生态环境的恶化，使绿洲生态安全水平逐年减低。