中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

积雪覆盖度对沙尘暴的影响分析

采用遥感监测内蒙古中西部地区积雪覆盖度数据以及地面气象观测站1961—2005年沙尘天气观测资料,以沙尘暴、扬沙发生日数为定量指标,分析了内蒙古中西部地区积雪覆盖度与沙尘暴、扬沙发生日数的关系。研究结果表明,在内蒙古中西部地区,积雪覆盖度与沙尘天气的发生有负相关关系,但地表积雪覆盖对沙尘暴的抑制作用要小于对扬沙的抑制作用,这种负相关关系在1—3月较11—12月更为显著。积雪覆盖度决定了积雪的影响范围,而积雪日数则决定了这种影响持续的时间,综合考虑这两种因素,构建了积雪指数用以反映积雪的这种空间和时间的共同作用。积雪指数能较好地反映积雪日数与积雪覆盖度对沙尘天气的综合作用。     

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。     

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。     

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。     

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。     

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明：（1） 2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。（2） 受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。（3） 强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。（4） 沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的持续维持起到促进作用。     

中国西北地区沙尘天气的时空位移特征

沙尘暴是一种灾害性的天气,具有明显的时空分布特征。中国西北地区风大、沙多,是沙尘天气和沙尘暴的易发地区。通过GIS技术,利用中国西北5省区和内蒙古西北部158个气象站的沙尘资料,对中国西北地区近45 a总沙尘天气（包括浮尘、扬沙）和沙尘暴的时空变化特征进行分析,初步探讨了不同时间、不同区域的沙尘天气和沙尘暴影响范围。结果表明,无论是沙尘天气还是沙尘暴,都具有明显的时空分布特征;各季节沙尘天气和沙尘暴的影响范围和发生程度不同,总的来说,中国西北地区以春季最为多发,约占全年总数的1/2,依次为夏季、冬季和秋季;不同的季节,不同程度沙尘天气和沙尘暴的影响范围不同,春季是低度易发生区和中度易发生区面积较大时期;夏秋冬是低度易发生区和不发生区面积较大的时期。上述分析表明,沙尘天气和沙尘暴发生的时间和空间都存在差异性。     

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响, 利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。     

中国沙尘暴发生的气象危险度研究

引入沙尘暴发生的气象危险度的概念,通过数学模型、实例计算和数据分析, 得到了定量的沙尘暴发生危险程度评价指标,并绘制了中国沙尘暴发生的气象危险度区划图。结果表明: ①新疆南部地区沙尘暴发生的危险度最大（气象危险度最高达到4级）,其次是内蒙古西部、甘肃北部部分地区（气象危险度最高达到3级）。 ②大风是沙尘暴发生的重要驱动力,每次沙尘天气过程中都伴随较强的风速,但是,沙尘暴天气过程越强,风速越大的现象并不明显。 ③通过绘制中国沙尘暴发生的气象危险度区划图,可以更好地刻画沙尘暴发生危险程度的空间分布特征,同时也为沙尘暴预报和灾害评价提供了重要参考。     

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。     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

近50年来中国西北地区干湿状况时空分布

根据西北地区77个气象台站气候资料,并利用改进的Penman公式,计算了该地区1958年~2001年的44年平均潜在蒸散量的时空分布,并分析了与降水量变化之间的关系,得到4种类型潜在蒸散量与降水量年际变化的组合分布型。其中年平均潜在蒸散量减小而年降水量增大的组合占研究区站点总数的40%以上。分析潜在蒸散量及观测蒸发量与各气候因子的相关性,发现干旱区的蒸发与太阳辐射和风速有关。定义干燥指数为潜在蒸散量与降水量的比值,用来描述西北干旱区的干湿状况。对干旱区四个季节(春、夏、秋、冬)干燥指数近50年的线性变化趋势分析结果显示,干旱区春季大部分区域干燥指数呈增加趋势,即趋于变干;夏季大部分地区趋于变湿,但仅在新疆东部和甘肃西部较为明显;秋季新疆大部、甘肃西部和青海北部等地区趋于变湿,而干旱区东部区域则趋于变干。冬季干旱区大部分区域趋于变湿,只有新疆西南部和西北部及东部部分地区、甘肃西部和内蒙西部等地有变干趋势。     

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。     

冰雪区局地环流及气候特征探讨

本文以西昆仑山崇侧冰帽区为例,根据大量观测资料,讨论了冰川存在对其所在地区气候的影响。得出冰川风是影响冰雪区气候特征的重要因素,是冰-气作用中的一个主要因子。这里的冰川风是一种独成体系的局地环流,它既不同于山谷冰川上出现的冰川风,也不同于山谷风。其强度随着离开冰雪区距离的增长而减弱。在冰雪区前缘地带形成风向、温湿度急剧变化区,使温度梯度从非冰川区到冰川区发生大的变化。     

内蒙古地区沙尘暴的分布特征

使用1995—2007年13 a内蒙古地区118个地面测站的沙尘暴、能见度、风速风向观测资料,确定了不同范围、不同强度沙尘暴标准,给出了特强、强、次强和弱沙尘暴日的个例谱;对地理分布、时间分布、气象要素分布特征进行分析。结果表明,近13 a内蒙古地区有5个沙尘暴多发中心,强和特强有两个高发区。年变化显著,1995年沙尘暴开始减少,1999年开始增加,2001年达到最多,之后开始减少,2003年沙尘暴次数最少,2004年开始呈波动增加趋势。在一年内,沙尘暴、强和特强沙尘暴集中出现在春季的3—5月,4月最多,沙尘暴下旬相对集中,上、下旬是大、小范围强和特强沙尘暴易发时段。3—5月,平均地面气温高于5 ℃,平均地面相对湿度低于40%的地区是沙尘暴多发区。     

阿拉善东南部自然环境演变与地面流沙路径的分析

阿拉善东南部包括腾格里和吉兰泰两区。腾格里和吉兰泰两区在晚更新世均是一个湖域广阔的淡水大湖。之后 ,吉兰泰大湖和腾格里大湖在封闭状态下 ,一方面因气候转为干旱、蒸发致使湖域减小直至完全干涸 ,露出的湖底在风的吹蚀作用下形成沙漠 ;另一方面在“狭管效应”作用下 ,由吉兰泰西部来自雅玛雷克沙漠和在腾格里西部来自巴丹吉林沙漠的风吹沙沿着地形上狭窄通道的侵进是加剧这两个湖盆沙漠化的另一个重要因素。对此 ,基于遥感的研究提出了研究区西缘挡沙固沙 ,建立生态保护带 ,区内分块治理、有效控制流沙的侵进和扩张以及通过改善下垫面性质来控制沙尘的发生与强度 ,逐步改善生态环境的措施。研究区风沙的治理 ,对于缓解京津沙尘灾害具有重要的意义。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游，绿洲退化严重，沙尘天气频发，已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因，对区域4种典型地表（富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲）沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明：以风沙活动为主要特征的绿洲退化地，粉沙黏土组分含量高，PM₁₀沙尘释放强度大（0.2796 kg·d^-1·m^-2），为研究区强沙尘释放地表；富沙及富沙砾戈壁地表，风蚀强度大，但粉沙黏土组分含量低，PM₁₀沙尘释放强度较大（0.1267 kg·d^-1·m^-2，0.0672 kg·d^-1·m^-2）；尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高，但由于植被、水分等因素的制约，其PM₁₀沙尘释放强度最小（0.0240 kg·d^-1·m^-2）。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源（绿洲退化地和戈壁）包围，局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积，为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源，这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。     

从沙尘暴看西部大开发中生态环境保护的重要性

沙尘暴是我国北方经常发生的灾害性天气 ,且近年来发生频率增加 ,尤其是今年春季沙尘暴次数多、强度大 ,对国民经济造成重大损失。沙尘暴的发生需要大风、裸露的沙土质地表及不稳定的气流三者结合 ,但由于人类不合理的经济活动造成荒漠化的发展也是沙尘暴加剧的重要原因 ,因此 ,我们在西部大开发中一定要重视生态环境的保护和建设 ,保持这一地区的可持续发展。