北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

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。     

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。     

春季西风急流异常对甘肃极端天气的影响

采用1970-2011年春季甘肃42 a的气象观测资料、MICAPS常规资料,按照春季发生的各类别灾害性天气标准,分析研究了干旱、大风、强沙尘暴（黑风）、强寒潮等天气过程与西风急流振荡之间的关系。结果表明:①西风急流轴、核的振荡强度与范围,与甘肃春季极端天气的发生发展有直接的关联性,尤其是西风急流在欧亚范围内稳定,且向高纬度65°N地区发展时,易造成甘肃河西及河东大部分地方持续性的干旱。②西风急流带南下发展到巴尔喀什湖附近,转折为“L” 型流场,并向东南方向发展时,其中短波分裂急流轴、核直入甘肃,易造成春季的强寒潮等极端天气事件。③只要有较强的高空急流带引导,近地面强风场中就有急流发展,大风、强沙尘暴、寒潮等极端天气就会袭击甘肃。     

春季东亚高空西风急流变异与东亚夏季副热带季风活动遥相关特征

利用1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料,计算了200 hPa纬向风的方差场,定义了春季东亚对流层上层(200 hPa)的西风急流指数JEAS,分析了其与东亚夏季副热带季风强度指数ISMφ的相关关系.结果表明①JEAS主要反映出春季东亚高空西风急流的强度和东西方向位置的变化,并且与东亚夏季副热带季风存在显著的负相关,当西风急流发生强(弱)的异常时,预示东亚夏季副热带季风在30°N-35°N的江淮流域地区活动偏弱(强);②JEAS与南印度洋经北太平洋至东太平洋地区的夏季200 hPa速度势场呈准大圆路径" 、-、 "显著相关波列,当西风急流偏强(弱)时,一般对应着夏季北太平洋地区的加热场偏强(弱);③西风急流强(弱)的异常,与500 hPa夏季西北太平洋副热带高压在30.N以北的西太平洋地区活动减弱(增强)对应;④当西风急流强时,将强迫出滞后3个月的850 hPa风矢量场的主要分布特征是,亚洲大陆为反气旋性环流,东亚沿岸出现明显的南风负异常,东亚夏季副热带季风较常年弱,反之东亚夏季副热带季风强.     

河北省坝上地区1971-2010年沙尘暴日数变化特征及与气象因素关系

利用1971-2010年地面气象观测资料,分析了坝上地区沙尘暴日数的季节变化和年变化特征及其与大风、降水、气温的关系。结果表明：坝上地区沙尘暴日数具有明显的季节性变化特征,春季沙尘暴日数最多,占全年沙尘暴日数的84.88%,秋季最少,仅占全年沙尘暴日数的1.39%,冬季沙尘暴日数多于夏季;从年变化特征上看,20世纪70年代沙尘暴发生日数最多,80年代减少,90年代达到最少,2000年后沙尘暴日数又开始增加,但总体来说沙尘暴日数呈现出波动中下降的趋势;年沙尘暴日数和年大风日数有显著的正相关,与前期、同期降水量没有达到显著相关,但是有着很好的对应关系,与年平均气温有显著的负相关。     

青藏高原风季大风集中期、集中度及环流特征

利用青藏高原气象台站逐日最大风速数据和JRA-55再分析资料，通过引入集中期和集中度的概念，分析了1971-2012年高原大风在风季的分布形态及其环流背景。结果表明：青藏高原的大风天气在春季（3-5月）最多，在夏末秋初（8-10月）最少。1971-2012年，大风日数以14 d/10a的速度减少，同时大风日数的年较差也在缩小。大风集中期随纬度增大而延后，并且在近42年大体呈提前的趋势，从3月底4月初提前至2月底3月初。大风集中度则有增大的趋势，并取决于大风日数，大风日数越多，集中度越低。高原大风集中期受到急流系统经向位移的制约，2月和3月北非和西亚地区的副热带急流以及4月中层西风带偏南时，伴随着副热带气压偏低，青藏高原春季大风天气偏多，大风集中期偏晚。反之，大风天气偏少，集中期偏早。大风集中度的大小则与中亚和高原地区2-4月副热带急流强度有关，2月和4月副热带急流偏弱、3月急流偏强时，大风日数集中在3月，集中度较高。反之，集中度较低。春季（3月）高原大风天气是冷、暖空气系统共同作用的结果，高原东部的大风天气多受北方冷空气系统影响，高原西部的大风天气多受南方暖空气系统影响、以西南风为主。     

宁夏春季沙尘暴频次异常与北太平洋海温异常的关系研究

利用宁夏沙尘暴频次资料、500 hPa环流特征量资料、NCEP再分析资料、北太平洋海温场格点资料,采用相关分析、合成分析、小波变换、SVD分析,对宁夏沙尘暴频次与北太平洋海温场的关系进行了研究,探讨了北太平洋海温场通过影响大气环流异常再影响沙尘暴异常的途径。结果表明：宁夏春季沙尘暴频次与前一年10月到当年5月加利福尼亚海温有显著的负相关关系,关键区海温冷、暖异常与宁夏春季沙尘暴日数多、少有较好的时频对应关系;另外发生在北太平洋的厄尔尼诺事件对宁夏春季沙尘暴有重要影响,当北太平洋海温场呈厄尔尼诺（拉尼娜）型分布时,宁夏各地沙尘暴日数以偏少（多）为主。加利福尼亚海温通过影响大气环流,进而影响宁夏沙尘暴的发生,冷水年春季（3—5月）,欧亚大陆高空系统较强,环流经向度加大,蒙古气旋加深,有利于极地冷空气南下;从风场形势看,冷水年河套至甘肃、内蒙西部及蒙古国中西部一带高层盛行西北风,而低层多为东南风,这种不稳定形势,也为西北沙尘暴的发生发展创造了有利气候条件。另外,冷水年冬春季东亚大槽位置以偏西为主,极涡强度偏强的年份占优势,西风环流指数负距平的年份偏多,经向环流偏强,冷锋活动频繁,大部分冬季平均气温偏低,表明冬季风偏强的年份为主;而暖水年基本相反。     

河西走廊沙尘暴及其影响因子的多尺度研究

沙尘暴活跃期具有周期性,这与影响因子的周期变化有关,尝试利用具有多时间尺度和多分辨率特性的小波分析技术对其进行研究。利用Morlet小波对甘肃河西走廊18个气象站多年平均的沙尘暴日数进行分析,发现沙尘暴变化的时间序列具有多尺度振荡的特点,存在7 a、13 a、以及23 a左右的特征时间尺度（周期变化）。通过对大风日数、干旱指数、降水、气温等沙尘暴的影响因子分析,表明沙尘暴的活跃度与大气环流的年际变化和突变有关,特别是与大风日数在时间尺度和主周期等方面具有明显的一致性,7 a左右的年际变化是它们的主周期;干旱指数、降水和气温具有同步的时间序列,13～25 a的年代际变化是它们的主周期,因此,它们对沙尘暴的影响主要体现在大时间尺度上。     

200 hPa高空急流与宁夏春季沙尘暴过程的特征分析

 利用NCAR/NCEP全球再分析资料，首先分析了1955年到2003年宁夏春季沙尘暴过程与200 hPa急流的关系，发现2月、3月200 hPa的U、V风场与宁夏春季沙尘暴关系密切。然后对1970\_1999年66次宁夏强和特强沙尘暴过程发生前200 hPa急流的演变情况进行了分析，结果表明：宁夏强和特强沙尘暴过程发生前后，高空急流主要表现为3种类型：一是西风急流型;二是副热带急流型;三是西风急流与副热带急流振荡合并型。最后以2001年4月8日宁夏特强沙尘暴天气过程为例，对其发生前后高空急流演变与沙尘暴落区、垂直环流特征及其对沙尘暴的作用进行了分析和探讨，得到了一些新的启示。     

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。     

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。     

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。     

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。     

西藏贡嘎机场周边风沙灾害成因分析研究

西藏贡嘎机场周边因沙源丰富，造成每年的1-5月扬沙满天，严重影响了飞机正常的起降和周边居民的生产、生活乃至生存。经实地调查和气象、水文资料的收集，以及对沙漠化影响因子相关性分析，提出机场周边地区土地沙化和风沙灾害的成因是自然因素和人为因素综合作用的结果，人为因素中的耕地面积、土地垦殖率因子和自然因素中的大风日数因子是风沙灾害形成的主导因子。     

我国西北地区黑风暴的成因和对策

通过对我国北方地区气候资料分析，揭示了沙尘暴的时、空分布特征，并指出西北地区春季４、５月份常发生黑风暴天气的宏观气候背景和下垫面条件。同时以１９９３年５月５日发生的黑风暴天气过程为例，探讨了造成西北地区大范围黑风暴天气的大尺度环流形势，主要天气系统和中尺度系统。有针对性地提出预报着眼点和防灾、减灾对策。