柴达木盆地沙尘暴天气影响因素

以柴达木盆地9个地面气象站点1961-2016年的逐日观测资料，分析该地区沙尘暴发生频率与气象因子和地表因子的关系，对比沙尘暴发生日与未发生日的气象因子和地表因子的差异。结果表明：①柴达木盆地沙尘暴日数与风速、大风日数有显著正相关关系，是影响最大的气象因子；气温与沙尘暴日数存在正相关性，但各地区有差异；相对湿度和降水对沙尘暴日数有明显的抑制作用；日照时数与沙尘暴日数存在弱的正相关关系。②植被对沙尘暴有抑制作用，但对柴达木盆地北部沙尘暴日数的抑制作用不显著；冻土深度对沙尘暴的影响存在滞后效应，滞后时间为2-3月。③沙尘暴发生时日最低气温偏高，相对湿度偏大，降水偏多，风速明显偏大，日照时数偏小，气温（地温）差偏小；日照时数小是沙尘暴发生的必要不充分条件。     

青藏高原季节性冻土年际变化的异常特征

对1961－1999年46个站点最大冻深度的年际变化采用旋转主成份（REOF）分析，发现存在4个变化敏感区，青藏高原东北区，青藏高原东南区，柴达木盆地区，青藏高原南部区，4个变化异常敏感区的最在 土深度随时间变化有不同的趋势。其中，进入20世纪90年代，高原东北部，高原东南部和高原南部区土厚度表现出变薄趋势，其代表站的最大冻土深度平均比80年代变浅0．02，0．05，0．14m，反映了对气候变暖的响应，呈现出与全球气候增暖的趋势势，柴达木盆地和高原中部则表现为与前2个区域相反的变化趋势，即进入20世纪90年代，冻土深度有所增加，其代表站的最大冻土深度较之80年代加厚0．57米，由于土壤质地和溶质的差异，4个敏感区最大冻土深度在高频段上具有不同的周期；柴达木盆地和高原南部具有2年的周期；在较低频段上，均表现为14年左右的周期。     

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。     

中国北方春季起沙活动时间序列及其与气候要素的关系

利用1961—2002年春季中国681个站沙尘天气的实测资料,将起沙机理相似的扬沙、沙尘暴通过并集运算进行复合,得到一个新的能体现完整起沙活动的时间序列。统计学检验表明,新序列较单一的沙尘暴序列具有诸多优点。进一步从681个站中筛选出代表性较好的中国北方175个站,探讨了春季起沙活动（DBS）时间序列与冷空气、大风、气温、降水等气候要素的关系。结果表明:①春季DBS与大风日数、冷空气次数的相关系数分别为0.946和0.406。②春季DBS与平均气温、最低气温、最高气温的相关系数分别为-0.494、-0.607和-0.269。③春季降水对DBS的影响主要取决于降水的强度和降水的时间分布,5 mm以上的降水才能有效地抑制DBS的发生。     

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。     

季节性冻土水热对融雪及气温的响应

近年来,随着气候变化,伊犁河谷积雪消融加快,极端水文事件的频度和强度也在加大。通过利用中国科学院天山积雪站附近小流域的土壤水热和积雪融雪观测数据,对研究区积雪消融规律、冻土水热变化特征及其对气温和融雪量的响应进行了分析。结果表明:在冻土融解阶段,土壤温度的变化依赖大气温度的变化,而土壤水分受融雪量和气温的影响较大,高度相关。表层土壤含水率的变幅最大,而深层土壤水分值较稳定,土壤水热的季节性变化自秋-冬-春大致呈现"下降-平稳-上升"的趋势。在冻土层上边界,土壤含水率随着累积融雪量的增加而增加并达到饱和值,而冻土层下边界(40 cm深度)土壤水分保持非饱和稳定状态。在山区,降雪量是水资源形成的主要来源。融雪量与大气温度的相关性显著(系数为0.785),融雪量对水资源形成的贡献率为40%左右。研究冻土水热对融雪和气温的响应过程,对于新疆水资源形成机理、转化利用以及洪水预报具有重要的参考价值。     

拉萨河冬季径流对气候变暖和冻土退化的响应

20世纪90年代以来,拉萨河流域的气温经历了10年升高0.54 ^oC的气候变暖,这期间以秋冬季升温为主。在近40年 (1963~2004年) 气候和28年 (1976~2004年) 月径流数据的基础上,研究了具有多年冻土的高海拔拉萨河流域的冻土和水文响应。结果表明,冬季径流对11~2月气温升高具有显著响应,在12~2月份增加了16%,其中2月份增加22%。水热相关分析表明,10~11月地表温度升高0.8~0.9 ^oC导致冬季河流水量增多,介于0.9~1.5m深度的季节冻土深度和温度变化导致了径流量变化的响应。20世纪90年代的气候变暖使得多年冻土区的季节冻土深度萎缩了大约14cm,冻土区的冬季径流水文响应比气温更快、更显著。但冻土积雪观测的不足使冬季水文变化具有不确定性。     

1981—2018年内蒙古典型草原季节性冻土对气候变化的响应

以1981—2018年内蒙古典型草原季节性冻土为研究对象,通过气候倾向率、Mann-Kendall法、多元线性回归等方法,分析最大冻土时空分布特征、年际、年代际变化,研究影响最大冻土深度变化的气象因子。结果表明：（1） 内蒙古典型草原季节性冻土冻结初日在9—11月,终日在4—6月,年内最大冻土深度出现在2—3月,深度在100~280 cm之间。（2） 最大冻土深度年际变化分为下开口抛物线型、上开口抛物线型、正弦曲线型,从最大冻土深度气候倾向率看呈现减小趋势的站点有68%。（3） 最大冻土深度年代际变化分为逐年代递减、减-增型和无明显变化规律,50%的站点在1989年以后最大冻土深度发生突变。（4） 多元线性回归表明气温冻结指数、年平均风速、年极端最低气温对最大冻土深度产生显著影响。该研究揭示了最大冻土深度存在退化的事实,为草原应对气候变化提供指导,为陆地土壤和大气碳循环交换的研究给出提示。     

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。     

2004年春夏季两次沙尘暴期间地面气象要素变化特征对比分析

用沙尘暴自动观测系统记录的每分钟地面气象要素,分析了2004年3月28日和7月12日发生在甘肃酒泉的两次沙尘暴过境时地面微气象要素的变化特征。结果表明：①两次沙尘暴发生前地面湿度都较小,气压较低,但是在临近发生时地面气压会猛增,接着维持一段时间的相对稳定状态,但春季沙尘暴过程这个时间更长;沙尘暴即将结束时地面气压再次大幅增加。②沙尘暴发生前气温偏高,结束后较短时间气温会出现急剧下降;春季沙尘暴期间0 cm地温和气温的变化趋势比较一致,但是5 cm地温的变化趋势与气温变化差别较大;夏季沙尘暴过程中0 cm、5 cm地温的变化趋势与气温变化趋势都比较一致。③由于下垫面性质的差异,春季发生的这次沙尘暴地面水平风速明显比同年夏季发生的沙尘暴大,但水平能见度却比夏季发生的沙尘暴好。     

西北特殊地形与沙尘暴发生的关系探讨

应用西北地区沙尘暴多发区中心站和毗邻站1961-1999年沙尘暴日数、大风日数和降水资料, 参考相应地区的地形和地表覆盖资料, 结合卫星资料监测事实, 分析了沙尘暴中心站沙尘暴高发以及毗邻站沙尘暴发生较少的原因, 探讨了地形与沙尘暴发生的关系。结果表明: ①沙尘暴中心站沙尘暴高发是地表状况、大风和地形共同作用的结果, 而沙尘暴毗邻站沙尘暴较少的主要原因为沙源与大风不匹配; ②地形对沙尘暴发生有重要作用, 干燥的下垫面产生的热力不稳定和特殊地形产生的气流加速和抬升作用, 对局地沙尘暴的形成和强沙尘暴的触发有重要作用; ③大风和降水的配置对沙尘暴发生有一定影响, 大风日数多且降水较少的时段为沙尘暴的高发期, 随着雨季的到来, 沙尘暴日数明显下降; ④下垫面与沙尘暴发生关系密切, 戈壁地表不利于沙尘暴的发生, 植被覆盖度的增加对沙尘暴有明显的抑制作用。     

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。     

地面冻结状况与春季沙尘暴发生的关系

利用30年地面气象观测数据,以内蒙古锡林郭勒盟中西部地区为研究区,以土壤表面冻结终日与沙尘暴发生日数为指标,分析了地面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间的关系。研究结果表明:在研究区内,土壤表面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间呈现负的相关关系,说明土壤表面冻结终日对春季沙尘暴的发生有一定的影响,也表明了其对沙尘暴的发生有进行指示和监测的潜力;但部分地区的相关关系不显著,说明土壤表面冻结状况只是影响春季沙尘天气的一个因子,它对沙尘天气所产生的影响是有限的。     

塔里木盆地局地和区域性强沙尘暴天气过程研究

利用1961-2001年塔里木盆地周边地区43站沙尘暴资料,给出了塔里木盆地局地、区域性强沙尘暴天气过程的定义,得到局地和区域性强沙尘暴天气过程1 423次和385次,分析了沙尘暴天气过程的时空分布特征和变化原因,并根据地面冷高压和沙尘暴天气的移动路径对385次区域性强沙尘暴天气过程进行普查分析。结果表明:塔里木盆地局地沙尘暴天气过程的高发中心位于柯坪和民丰,区域性强沙尘暴天气过程集中在塔里木盆地南缘的莎车至且末一线和柯坪,柯坪和民丰是盆地沙尘暴的多发中心;区域性大风天气过程的减少、年平均降水量的增加和年平均气温的升高是塔里木盆地区域性强沙尘暴天气过程趋于减少的重要原因;局地沙尘暴天气过程主要出现在3~9月;区域性强沙尘暴天气过程,集中在4~6月,春季4~5月是连续性多暴发时段,造成区域性强沙尘暴天气过程的冷空气以西进、东灌和西进加东灌为主要路径,盆地热低压的作用不可忽视。     

西藏高原沙尘暴气候特征及成因研究

利用1960—2000年西藏22个台站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西藏沙尘暴日数的时空特征以及沙尘暴异常的气候成因。结果表明：西藏高原年平均沙尘暴日数分布为西多东少,狮泉河、申扎和泽当为年沙尘暴日数超过10 d的中心,它们的年变化特征是1～5月多,7～10月少。年沙尘暴日数的年代际变化特征为中间多、两头少,在20世纪90年代达到最少。青藏高原上空的高空西风急流减弱是导致西藏大风、沙尘暴日数减少的主要原因,影响西风急流偏强（弱）的气候系统是东亚大槽偏浅（深）和青藏高原高压偏强（弱）。沙尘暴日数的年代际异常与高空西风急流、大风日数、降水等要素年代际异常以及沙尘暴区地形地貌等因素关系密切。     

陕西强沙尘暴、特强沙尘暴天气气候特征分析

 从陕西1954—2003年所有沙尘暴记录所对应的3次或4次定时能见度观测资料中挑出最小能见度小于500 m的作为强沙尘暴记录,小于200 m的作为特强沙尘暴记录。然后挑取在一次过程中有3个或3个以上气象站出现强沙尘暴的过程共41次作为强沙尘暴过程,有3个或3个以上气象站出现特强沙尘暴的过程共6次作为特强沙尘暴过程。分析结果表明,20世纪90年代是陕西强沙尘暴、特强沙尘暴过程最少的时期。陕西强沙尘暴过程主要发生在春季,冬季次之,其中春季4月最多, 冬季2月最多。除春季、冬季外,6、11月也有发生。根据41次强沙尘暴过程出现前一日08时500 hPa环流形势分析,将造成陕西强沙尘暴天气的环流形势及影响系统分为蒙古冷（横）槽型、脊前下滑槽型、短波槽东移型和西北气流型4类,其中蒙古冷（横）槽型是造成陕西强沙尘暴天气最多的一种形势,占总次数的44%。陕西6次特强沙尘暴过程的环流形势及影响系统全为蒙古冷（横）槽型。根据地面冷空气入侵陕西的路径分析,将造成陕西强沙尘暴天气的冷空气路径分为西路、西北路、北路三条。     

古尔班通古特沙漠积雪覆盖、沙尘天气特征及其相互关系

利用TERRA/MODIS MOD10A2雪盖产品数据和地面观测积雪日数、冻土深度和沙尘天气日数等数据,从不同时间尺度分析古尔班通古特沙漠地表积雪覆盖与沙尘天气的特征及其相互关系。结果表明:①沙尘天气主要发生在4—10月,春季（4—5月）沙尘天气最多,夏秋季逐渐减少。从年际变化看,20世纪80年代前,沙尘天气发生日数呈逐年增加趋势,而积雪日数增减波动较大,二者间关系不明显,80年代后,沙尘天气逐年减少,积雪日数呈波动增加趋势。②冬春季积雪覆盖率、≥1 cm积雪日数、≥5 cm积雪日数、≥10 cm积雪日数与翌年春季沙尘天气发生均呈显著负相关关系,冬春季≥1 cm积雪日数每超过常年平均积雪日数1 d,翌年春季沙尘天气日数则减少4.3 d,而平均冻土深度与沙尘天气呈显著正相关关系。③积雪覆盖使沙漠地表形成冷源性下垫面和近地层逆温层结,增加了大气稳定度,同时春季积雪消融增加了土壤湿度,为荒漠植被生长提供充足的水分,使表层土壤为强风提供沙尘的可能性降低,从而对沙尘天气的发生起到阻碍、消弱作用。     

1960-2015年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土对气候变化的响应

利用1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土的冻结始日、冻结终日、年冻结日数、年累积冻土厚度、最大冻土深度等特征指标资料,采用气候倾向率、气候突变、气候变化趋势的持续性等方法,分析近56 a该地区季节性冻土的年际、年代际变化特征。研究发现：（1）在全球变暖的背景下,1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷气温变化亦呈上升趋势,升温趋势的持续性较强,升温幅度0.03 ℃·a^-1、0.29 ℃·（10 a）^-1、0.74 ℃·（30 a）^-1。（2）在1960-2015年期间,该地区季节性冻土呈退化趋势,具体表现为;冻结始日推迟,冻结终日提前,年冻结日数减少,年累积冻土厚度减小,最大冻土深度减小。（3）在1960-2015年期间,该地区季节性冻土持续退化趋势持续性强。（4）1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土对气温变暖的具体响应呈现为退化状态。（5）按气候升温率Gt;0.034~0.046 ℃·a^-1 计算,在气候变暖背景下,该地区季节性冻土到2050 年（较2000 年）的冻结始日将推迟12~15 d、年冻结日数将减少21~27 d、年累积冻土厚度将减少36.3%~46.7%。