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。     

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。     

艾比湖流域沙尘气候变化趋势及其突变研究

通过艾比湖流域5个气象站建站~2001年的观测资料,对艾比湖流域沙尘气候的变化趋势进行了分析。结果表明,气候发生了明显的变化,主要表现在气温升高,降水增多,但分布不均,沙尘暴、扬沙和大风日数稳定减少,但浮尘日数显著上升,风速分布发生了变化,大风日数的迅速减少还引起蒸发能力的减弱。艾比湖干枯的湖底盐漠面积与该流域沙尘总日数之间存在密切关系,艾比湖水域的伸缩而引发的荒漠化环境变化是造成该流域沙尘天气的主要因素。对艾比湖流域沙尘气候的突变检验结果表明,大风、沙尘暴、扬沙日数的减少和浮尘日数的上升是一种突变现象,这种突变与整个西北气候的变化和艾比湖流域沙漠化条件的变化存在一定的关系。     

冬春季积雪与沙尘天气发生日数关系的探讨——以内蒙古中部地区为例

利用地面气象观测数据,以日积雪深度≥1.0 cm日数和沙尘天气（包括浮尘、扬沙及沙尘暴）发生日数为指标,从不同的空间尺度,分析了内蒙古中部地区冬季与初春积雪日数与沙尘天气发生日数的关系。研究结果表明,在内蒙古中部地区,冬季与初春沙尘天气发生日数与积雪日数之间均呈现负的相关关系,这种相关关系在不同区域和不同季节有所差异,冬季积雪日数与沙尘天气发生日数之间的负相关较初春积雪日数与沙尘天气发生日数之间的负相关更为显著;在中温带温凉半干旱气候区初春积雪日数与沙尘天气发生日数间的负相关较其他两个气候区更为显著。     

新疆春季沙尘天气与前期月环流特征量的关系

用新疆春季(3～5月)的沙尘日数和北半球500hPa月环流特征量等资料,使应用相关和逐步回归分析方法,研究了新疆春季沙尘天气与前一年的月环流特征量的关系,相关分析和统计结果表明：(1)新疆春季的沙尘天气不仅与同在中纬度地区的西风带上的经向环流、东亚槽等有关,还更多地与中低纬地区的副热带高压以及高纬地区的极涡等系统的月环流特征量有关。(2)新疆春季沙尘天气与前一年夏、秋季的大气环流之间存在明显的隔季相关现象。(3)利用前一年月环流特征量建立了新疆春季沙尘天气日数之间的9个回归模型,9个分析模型都通过了0．001信度检验。其中,南疆的3个模型沙尘暴、扬沙、浮尘和全疆的扬沙、浮尘模型试报效果最好。     

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。     

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。     

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。     

塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区PM10时空变化特征及影响因素分析

利用Thermo RP 1400a对塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边的哈密与和田进行了长达6 a多的沙尘气溶胶PM10连续观测,结合气象资料,分析了该区域沙尘气溶胶PM10的基本特征及影响因素。其结果是:①在哈密、塔中与和田,浮尘、扬沙日数呈上升趋势,沙尘暴日数变化不明显,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶PM10浓度的主要因素。②PM10质量浓度具有明显的区域分布特征,塔克拉玛干沙漠东缘的哈密最低,其次为沙漠南缘的和田,最高的为沙漠腹地的塔中。③每年3—9月是哈密PM10质量浓度的高值时段;塔中与和田PM10质量浓度高值时段分布在3—8月,平均浓度分别在500~1 000 μg·m-3之间变化。④哈密、塔中与和田PM10季节平均浓度变化特征,春季>夏季>秋季>冬季;PM10平均浓度最高的塔中,春季在1 000 μg·m-3左右变化,夏季在400~900 μg·m-3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400 μg·m-3之间变化。⑤哈密、塔中与和田沙尘暴季节PM10浓度远高于非沙尘暴季节,沙尘暴季节浓度基本上为非沙尘暴季节浓度的两倍以上;塔中2004年和2008年沙尘暴季节平均浓度分别是非沙尘暴季节的6.2倍和3.6倍。⑥沙尘天气过程中PM10质量浓度变化具有以下规律,晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。⑦风速大小直接影响大气中PM10浓度,风速越大浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中PM10浓度的变化。     

近50年北京的沙尘天气及治理对策

2000年春天北京出现多次沙尘天气,多为扬沙和浮尘。从北京50a的沙尘天气观测资料分析:① 71%为扬沙,浮尘和沙尘暴分别占20%和9%,沙尘为就地起沙,而沙尘暴和浮尘则来自内蒙古高原中部农牧交错地区;②风沙天气是呈波动式减少的,其中可以分出4个11~14a的周期性变化,2000年,进入新的一轮变化周期,这一轮的风沙天气仍以扬沙为主,沙尘暴强度很弱。从过去的变化规律看,至少在未来的4~5a之内,不会发生类似去年沙尘天气猛增的现象。继续绿化首都的环境,减少就地起沙;在沙尘暴和浮尘源区划定旱作农业北界,科学地实施"退耕还林还草"是解决北京风沙问题的关键。     

石家庄地区沙尘天气分析

针对近年来石家庄地区所出现的沙尘天气,利用17个县市的历史资料,从时空分布、出现原因、天气形势等几方面进行了分析。结果发现：近年石家庄沙尘天气总体减少,春季最多。扬沙和沙尘暴的地理分布取决于沙尘源的地理分布,而浮尘的地理分布则是与上游效应、风向和地形密切相关。上游效应对石家庄沙尘天气的形成有重要作用。产生沙尘的天气形势大部分与大风相同。     

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响——以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP & ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明：沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒“V”型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。     

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。     

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。     

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。     

21世纪初中国北方沙尘天气特征及其与地面风速和植被的关系研究

利用2002-2010年气象站点观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI)资料,分析了中国北方地区2002-2010年的沙尘天气特征,以及沙尘天气与地面风速和NDVI的关系。结果表明,2002年和2006年是21世纪初的沙尘天气强年,中国北方的沙尘天气总站日数明显偏多;中国北方的沙尘天气与NDVI的0.2等值线位置的变化有关,当其向东进时,沙尘天气也频发,向西退时,沙尘天气也减弱;在植被很少,靠近沙漠的地区,沙尘天气日数和强风日数有很好的正相关性,在沙漠与草原的过渡地带,沙尘天气日数与NDVI有很好的负相关性;当植被指数减小,地表面植被覆盖减少,强风也增强,中国北方的沙尘天气就很可能增强。     

京津风沙源区沙尘天气与风力、降水的时空相关性

京津风沙源区12个气象站点2000—2007年间沙尘天气及相关气象资料分析表明,该区沙尘天气时空变化很大程度取决于大风和降水的时空配合关系,其中大风和降水综合作用与沙尘天气的空间相关性（R2=0.960）、月际变化相关性（R2=0.995）尤为显著,年际变化相关性则由于京津风沙源治理工程对区内植被盖度的持续改善作用而受到影响,但相关系数仍较高（R2=0.864）。大风日数、降水量与沙尘天气日数之间显著的时空相关性表明,利用多因素统计方法获得的时空相关关系式对预测区内沙尘天气日数具有参考意义。     

边界层风廓线雷达资料在沙尘天气分析中的应用

为利用风廓线雷达（WPR）开展沙尘天气研究,分析了2010年4月19—20日塔克拉玛干沙漠腹地WPR探测沙尘天气个例。研究表明,WPR可以在沙尘天气工作,其探测资料能及时反映中小尺度三维流场特征,通过WPR提供的水平风场、信噪比（SNR）、垂直速度、大气温度等资料,可从多角度了解沙尘天气过程。在此次过程中,信噪比出现了比较清晰的大值层,SNR大值层所处高度初步认为是沙尘被输送的高度,SNR大值出现和结束的时间既对应着沙尘天气的开始和结束时间。低空风场出现切变的时刻,正好对应扬沙天气的开始,低空风向转为东风和东南风的时刻正是强沙尘暴开始的时间,低空东风的维持是此次沙尘天气发生的动力条件。此外,RASS系统能监测到沙尘天气过程前后低空大气温度的变化状况。     

我国沙尘暴发生日数的空间分布格局

根据全国近30 a的沙尘暴记录,运用分形分析得出,在不同的降水量区域,沙尘暴的发生规律明显不同。中国北方沙尘暴发生日数平均为4.4 d·a-1。年降水量≤305 mm的地区沙尘暴发生日数最多,平均为9.9 d·a-1,这是荒漠和半荒漠地区,主要是我国传统的畜牧区;305 mm<年降水量<570 mm的地区平均为4.0 d·a-1,这是草原区,主要是传统的农牧交错带。年降水量≥570 mm的地区为0.4 d·a-1,主要是我国的农耕区。305 mm<年降水量<570 mm的区域,沙尘暴发生的频率随降水的变化幅度最大,为4.1,年降水量≤305 mm地区,沙尘暴随降水的变化幅度最小,为0.3。分析认为,我国沙尘暴危害的防治需要构建牧区—农牧交错带—农区生态农业体系。